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AQS独占模式——资源获取和释放源码分析

ops 2025/6/18 16:23:48

AQS资源获取（独占模式）

Node节点类

static final class Node {//标记当前节点的线程在共享模式下等待。static final Node SHARED = new Node();//标记当前节点的线程在独占模式下等待。static final Node EXCLUSIVE = null;//waitStatus的值，表示当前节点的线程已取消（等待超时或被中断）static final int CANCELLED =  1;//waitStatus的值，表示后继节点的线程需要被唤醒static final int SIGNAL    = -1;//waitStatus的值，表示当前节点在等待某个条件，正处于condition等待队列中static final int CONDITION = -2;//waitStatus的值，表示在当前有资源可用，能够执行后续的acquireShared操作static final int PROPAGATE = -3;//等待状态，值如上，1、-1、-2、-3。volatile int waitStatus;//前趋节点volatile Node prev;//后继节点volatile Node next;//当前线程volatile Thread thread;//等待队列中的后继节点，共享模式下值为SHARED常量Node nextWaiter;//判断共享模式的方法final boolean isShared() {return nextWaiter == SHARED;}//返回前趋节点，没有报NPEfinal Node predecessor() throws NullPointerException {Node p = prev;if (p == null)throw new NullPointerException();elsereturn p;}//下面是三个构造方法Node() {}    // Used to establish initial head or SHARED markeNode(Thread thread, Node mode) {     // Used by addWaiterthis.nextWaiter = mode;this.thread = thread;}Node(Thread thread, int waitStatus) { // Used by Conditionthis.waitStatus = waitStatus;this.thread = thread;}
}

尝试获取资源，方法分析

    public final void acquire(int arg) {if (!tryAcquire(arg) &&acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))selfInterrupt();}

获取失败调用addWaiter将当前线程封装成独占模式的节点，添加到AQS队列尾部

	// mode 独占模式 共享模式private Node addWaiter(Node mode) {Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);// 获取到尾节点Node pred = tail;// 尾节点不为空if (pred != null) {// 新节点，跟在尾节点后，新节点的前驱指向获取到的尾节点node.prev = pred;// 新节点设置为尾节点if (compareAndSetTail(pred, node)) {// 刚刚获取的尾节点的后继节点指向新的节点，新节点成为最终尾节点，添加到队列尾部pred.next = node;return node;}}// 队列没有节点，直接加入队列enq(node);return node;}// 入队方法private Node enq(final Node node) {// 自旋for (;;) {// 获取尾节点Node t = tail;// 为空，队列为空，直接队尾为同一个节点，入队if (t == null) { if (compareAndSetHead(new Node()))tail = head;} else {// 不为空，新节点的前驱为队列的尾节点node.prev = t;// 新节点成为队列尾节点if (compareAndSetTail(t, node)) {// 旧的尾节点的后继是新节点，新节点成为队列新的尾节点t.next = node;return t;}}}}

通过addWaiter已经将当前线程封装成独占模式的 Node 节点，并成功放入队列尾部。接下来会调用acquireQueued方法在等待队列中排队

final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
// 获取资源失败标识boolean failed = true;try {// 线程是否被中断标识boolean interrupted = false;// 自旋 挂起for (;;) {// 前驱节点final Node p = node.predecessor();// 是否头节点，再次获取锁成功if (p == head && tryAcquire(arg)) {// 当前节点设为头节点setHead(node);// 断掉引用p.next = null; // help GC 头节点出列failed = false;return interrupted;}// 如果不是头节点或获取锁失败 准备阻塞if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&parkAndCheckInterrupt())interrupted = true;}} finally {if (failed)// 取消同步状态cancelAcquire(node);}}//将当前节点设置为头节点
private void setHead(Node node) {head = node;node.thread = null;node.prev = null;
}
// 判断当前线程是否可以进入waiting状态
private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
// 获取前驱节点的等待状态int ws = pred.waitStatus;if (ws == Node.SIGNAL) // 可以被唤醒return true;if (ws > 0) { // 表示当前线程被取消do {// 关键  节点一直往前移动，直到找到状态<=0的节点node.prev = pred = pred.prev;} while (pred.waitStatus > 0);pred.next = node;} else {// 下面节点进来的条件，前驱节点是SIGNAL，这里设置为SIGNALcompareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);}return false;}// 挂起线程private final boolean parkAndCheckInterrupt() {LockSupport.park(this);return Thread.interrupted();
}protected final boolean tryAcquire(int acquires) {final Thread current = Thread.currentThread();// 判断是否0int c = getState();if (c == 0) {if (!hasQueuedPredecessors() &&compareAndSetState(0, acquires)) {// 设为当前线程setExclusiveOwnerThread(current);return true;}}// 不为0 尝试获取锁else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {int nextc = c + acquires;if (nextc < 0)throw new Error("Maximum lock count exceeded");setState(nextc);return true;}return false;
}

获取资源的整体流程图如下：

AQS资源获取（独占模式）特点

1.互斥访问（Mutual Exclusion）

单线程持有：同一时间只允许一个线程持有资源
状态管理：通过 state 变量（volatile int）表示资源状态
CAS操作：使用 compareAndSetState 确保状态更新原子性
示例：ReentrantLock 中 state=0 表示未锁定，state>0 表示锁定状态

2. 线程阻塞队列（CLH Queue）

FIFO队列：使用双向链表实现的 CLH 变体队列
节点类型：Node.EXCLUSIVE 表示独占模式节点
排队机制：获取资源失败的线程会被封装为节点加入队列尾部

3. 可重入支持（Reentrancy）

重入计数：state 变量记录重入次数
持有线程：通过 exclusiveOwnerThread 记录当前持有线程
示例：ReentrantLock 允许线程多次获取同一把锁

在这里插入图片描述

AQS资源释放（独占模式）

    public void unlock() {sync.release(1);}public final boolean release(int arg) {if (tryRelease(arg)) {Node h = head;if (h != null && h.waitStatus != 0)// 唤醒后继节点unparkSuccessor(h);return true;}return false;}// 唤醒后继节点的线程，传入节点private void unparkSuccessor(Node node) {// 获取当前节点的等待状态int ws = node.waitStatus;if (ws < 0)// <0 尝试设置为0node.compareAndSetWaitStatus(ws, 0);// 获取节点后继Node s = node.next;// 后继节点为空或等待状态>0 节点取消if (s == null || s.waitStatus > 0) {s = null;// 从尾部向前遍历for (Node p = tail; p != node && p != null; p = p.prev)if (p.waitStatus <= 0)s = p;}// 不为空，准备进行唤醒操作if (s != null)// 线程停止阻塞LockSupport.unpark(s.thread);}