java同步器AQS架构怎么释放锁和同步队列
今天小编给大家分享一下java同步器AQS架构怎么释放锁和同步队列的相关知识点，内容详细，逻辑清晰，相信大部分人都还太了解这方面的知识，所以分享这篇文章给大家参考一下，希望大家阅读完这篇文章后有所收获，下面我们一起来了解一下吧。
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1、释放锁
释放锁的触发时机就是我们常用的 Lock.unLock () 方法，目的就是让线程释放对资源的访问权（流程见整体架构图紫色路线）。
释放锁也是分为两类，一类是排它锁的释放，一类是共享锁的释放，我们分别来看下。
1.1、释放排它锁 release
排它锁的释放就比较简单了，从队头开始，找它的下一个节点，如果下一个节点是空的，就会从尾开始，一直找到状态不是取消的节点，然后释放该节点，源码如下：
// unlock 的基础方法
public final boolean release(int arg) {
// tryRelease 交给实现类去实现，一般就是用当前同步器状态减去 arg，如果返回 true 说明成功释放锁。
if (tryRelease(arg)) {
Node h = head;
// 头节点不为空，并且非初始化状态
if (h != null && h.waitStatus != 0)
// 从头开始唤醒等待锁的节点
unparkSuccessor(h);
return true;
}
return false;
}
// 很有意思的方法，当线程释放锁成功后，从 node 开始唤醒同步队列中的节点
// 通过唤醒机制,保证线程不会一直在同步队列中阻塞等待
private void unparkSuccessor(Node node) {
// node 节点是当前释放锁的节点，也是同步队列的头节点
int ws = node.waitStatus;
// 如果节点已经被取消了，把节点的状态置为初始化
if (ws < 0)
compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);
// 拿出 node 节点的后面一个节点
Node s = node.next;
// s 为空，表示 node 的后一个节点为空
// s.waitStatus 大于0，代表 s 节点已经被取消了
// 遇到以上这两种情况，就从队尾开始，向前遍历，找到第一个 waitStatus 字段不是被取消的
if (s == null || s.waitStatus > 0) {
s = null;
// 这里从尾迭代，而不是从头开始迭代是有原因的。
// 主要是因为节点被阻塞的时候，是在 acquireQueued 方法里面被阻塞的，唤醒时也一定会在 acquireQueued 方法里面被唤醒，唤醒之后的条件是，判断当前节点的前置节点是否是头节点，这里是判断当前节点的前置节点，所以这里必须使用从尾到头的迭代顺序才行，目的就是为了过滤掉无效的前置节点，不然节点被唤醒时，发现其前置节点还是无效节点，就又会陷入阻塞。
for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)
// t.waitStatus <= 0 说明 t 没有被取消，肯定还在等待被唤醒
if (t.waitStatus <= 0)
s = t;
}
// 唤醒以上代码找到的线程
if (s != null)
LockSupport.unpark(s.thread);
}1.2、释放共享锁 releaseShared
释放共享锁的方法是 releaseShared，主要分成两步：
tryReleaseShared 尝试释放当前共享锁，失败返回 false，成功走 2；
唤醒当前节点的后续阻塞节点，这个方法我们之前看过了，线程在获得共享锁的时候，就会去唤醒其后面的节点，方法名称为：doReleaseShared。
我们一起来看下 releaseShared 的源码：
// 共享模式下，释放当前线程的共享锁
public final boolean releaseShared(int arg) {
if (tryReleaseShared(arg)) {
// 这个方法就是线程在获得锁时，唤醒后续节点时调用的方法
doReleaseShared();
return true;
}
return false;
}2、条件队列的重要方法
在看条件队列的方法之前，我们先得弄明白为什么有了同步队列，还需要条件队列？
主要是因为并不是所有场景一个同步队列就可以搞定的，在遇到锁 + 队列结合的场景时，就需要 Lock + Condition 配合才行，先使用 Lock 来决定哪些线程可以获得锁，哪些线程需要到同步队列里面排队阻塞；获得锁的多个线程在碰到队列满或者空的时候，可以使用 Condition 来管理这些线程，让这些线程阻塞等待，然后在合适的时机后，被正常唤醒。
同步队列 + 条件队列联手使用的场景，最多被使用到锁 + 队列的场景中。
所以说条件队列也是不可或缺的一环。
接下来我们来看一下条件队列一些比较重要的方法，以下方法都在 ConditionObject 内部类中。
2.1、入队列等待 await
// 线程入条件队列
public final void await() throws InterruptedException {
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
// 加入到条件队列的队尾
Node node = addConditionWaiter();
// 标记位置 A
// 加入条件队列后，会释放 lock 时申请的资源，唤醒同步队列队列头的节点
// 自己马上就要阻塞了，必须马上释放之前 lock 的资源，不然自己不被唤醒的话，别的线程永远得不到该共享资源了
int savedState = fullyRelease(node);
int interruptMode = 0;
// 确认node不在同步队列上，再阻塞，如果 node 在同步队列上，是不能够上锁的
// 目前想到的只有两种可能：
// 1:node 刚被加入到条件队列中，立马就被其他线程 signal 转移到同步队列中去了
// 2:线程之前在条件队列中沉睡，被唤醒后加入到同步队列中去
while (!isOnSyncQueue(node)) {
// this = AbstractQueuedSynchronizer$ConditionObject
// 阻塞在条件队列上
LockSupport.park(this);
if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)
break;
}
// 标记位置 B
// 其他线程通过 signal 已经把 node 从条件队列中转移到同步队列中的数据结构中去了
// 所以这里节点苏醒了，直接尝试 acquireQueued
if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE)
interruptMode = REINTERRUPT;
if (node.nextWaiter != null) // clean up if cancelled
// 如果状态不是CONDITION，就会自动删除
unlinkCancelledWaiters();
if (interruptMode != 0)
reportInterruptAfterWait(interruptMode);
}await 方法有几点需要特别注意：
上述代码标记位置 A 处，节点在准备进入条件队列之前，一定会先释放当前持有的锁，不然自己进去条件队列了，其余的线程都无法获得锁了；上述代码标记位置 B 处，此时节点是被 Condition.signal 或者 signalAll 方法唤醒的，此时节点已经成功的被转移到同步队列中去了（整体架构图中蓝色流程），所以可以直接执行 acquireQueued 方法；Node 在条件队列中的命名，源码喜欢用 Waiter 来命名，所以我们在条件队列中看到 Waiter，其实就是 Node。
await 方法中有两个重要方法：addConditionWaiter 和 unlinkCancelledWaiters，我们一一看下。
2.1.1、addConditionWaiter
addConditionWaiter 方法主要是把节点放到条件队列中，方法源码如下：
// 增加新的 waiter 到队列中，返回新添加的 waiter
// 如果尾节点状态不是 CONDITION 状态，删除条件队列中所有状态不是 CONDITION 的节点
// 如果队列为空，新增节点作为队列头节点，否则追加到尾节点上
private Node addConditionWaiter() {
Node t = lastWaiter;
// If lastWaiter is cancelled, clean out.
// 如果尾部的 waiter 不是 CONDITION 状态了，删除
if (t != null && t.waitStatus != Node.CONDITION) {
unlinkCancelledWaiters();
t = lastWaiter;
}
// 新建条件队列 node
Node node = new Node(Thread.currentThread(), Node.CONDITION);
// 队列是空的，直接放到队列头
if (t == null)
firstWaiter = node;
// 队列不为空，直接到队列尾部
else
t.nextWaiter = node;
lastWaiter = node;
return node;
}整体过程比较简单，就是追加到队列的尾部，其中有个重要方法叫做 unlinkCancelledWaiters，这个方法会删除掉条件队列中状态不是 CONDITION 的所有节点，我们来看下 unlinkCancelledWaiters 方法的源码，如下：
2.1.2、unlinkCancelledWaiters
// 会检查尾部的 waiter 是不是已经不是CONDITION状态了
// 如果不是，删除这些 waiter
private void unlinkCancelledWaiters() {
Node t = firstWaiter;
// trail 表示上一个状态,这个字段作用非常大，可以把状态都是 CONDITION 的 node 串联起来，即使 node 之间有其他节点都可以
Node trail = null;
while (t != null) {
Node next = t.nextWaiter;
// 当前node的状态不是CONDITION，删除自己
if (t.waitStatus != Node.CONDITION) {
//删除当前node
t.nextWaiter = null;
// 如果 trail 是空的，咱们循环又是从头开始的，说明从头到当前节点的状态都不是 CONDITION
// 都已经被删除了，所以移动队列头节点到当前节点的下一个节点
if (trail == null)
firstWaiter = next;
// 如果找到上次状态是CONDITION的节点的话，先把当前节点删掉，然后把自己挂到上一个状态是 CONDITION 的节点上
else
trail.nextWaiter = next;
// 遍历结束，最后一次找到的CONDITION节点就是尾节点
if (next == null)
lastWaiter = trail;
}
// 状态是 CONDITION 的 Node
else
trail = t;
// 继续循环，循环顺序从头到尾
t = next;
}
}为了方便大家理解这个方法，画了一个释义图，如下：
2.2、单个唤醒 signal
signal 方法是唤醒的意思，比如之前队列满了，有了一些线程因为 take 操作而被阻塞进条件队列中，突然队列中的元素被线程 A 消费了，线程 A 就会调用 signal 方法，唤醒之前阻塞的线程，会从条件队列的头节点开始唤醒（流程见整体架构图中蓝色部分），源码如下：
// 唤醒阻塞在条件队列中的节点
public final void signal() {
if (!isHeldExclusively())
throw new IllegalMonitorStateException();
// 从头节点开始唤醒
Node first = firstWaiter;
if (first != null)
// doSignal 方法会把条件队列中的节点转移到同步队列中去
doSignal(first);
}
// 把条件队列头节点转移到同步队列去
private void doSignal(Node first) {
do {
// nextWaiter为空，说明到队尾了
if ( (firstWaiter = first.nextWaiter) == null)
lastWaiter = null;
// 从队列头部开始唤醒，所以直接把头节点.next 置为 null，这种操作其实就是把 node 从条件队列中移除了
// 这里有个重要的点是，每次唤醒都是从队列头部开始唤醒，所以把 next 置为 null 没有关系，如果唤醒是从任意节点开始唤醒的话，就会有问题，容易造成链表的割裂
first.nextWaiter = null;
// transferForSignal 方法会把节点转移到同步队列中去
// 通过 while 保证 transferForSignal 能成功
// 等待队列的 node 不用管他，在 await 的时候，会自动清除状态不是 Condition 的节点(通过 unlinkCancelledWaiters 方法)
// (first = firstWaiter) != null = true 的话，表示还可以继续循环， = false 说明队列中的元素已经循环完了
} while (!transferForSignal(first) &&
(first = firstWaiter) != null);
}我们来看下最关键的方法：transferForSignal。
// 返回 true 表示转移成功， false 失败
// 大概思路：
// 1. node 追加到同步队列的队尾
// 2. 将 node 的前一个节点状态置为 SIGNAL，成功直接返回，失败直接唤醒
// 可以看出来 node 的状态此时是 0 了
final boolean transferForSignal(Node node) {
/*
* If cannot change waitStatus, the node has been cancelled.
*/
// 将 node 的状态从 CONDITION 修改成初始化，失败返回 false
if (!compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, 0))
return false;
// 当前队列加入到同步队列，返回的 p 是 node 在同步队列中的前一个节点
// 看命名是 p，实际是 pre 单词的缩写
Node p = enq(node);
int ws = p.waitStatus;
// 状态修改成 SIGNAL，如果成功直接返回
// 把当前节点的前一个节点修改成 SIGNAL 的原因，是因为 SIGNAL 本身就表示当前节点后面的节点都是需要被唤醒的
if (ws > 0 || !compareAndSetWaitStatus(p, ws, Node.SIGNAL))
// 如果 p 节点被取消，或者状态不能修改成SIGNAL，直接唤醒
LockSupport.unpark(node.thread);
return true;
}整个源码下来，我们可以看到，唤醒条件队列中的节点，实际上就是把条件队列中的节点转移到同步队列中，并把其前置节点状态置为 SIGNAL。
2.3、全部唤醒 signalAll
signalAll 的作用是唤醒条件队列中的全部节点，源码如下：
public final void signalAll() {
if (!isHeldExclusively())
throw new IllegalMonitorStateException();
// 拿到头节点
Node first = firstWaiter;
if (first != null)
// 从头节点开始唤醒条件队列中所有的节点
doSignalAll(first);
}
// 把条件队列所有节点依次转移到同步队列去
private void doSignalAll(Node first) {
lastWaiter = firstWaiter = null;
do {
// 拿出条件队列队列头节点的下一个节点
Node next = first.nextWaiter;
// 把头节点从条件队列中删除
first.nextWaiter = null;
// 头节点转移到同步队列中去
transferForSignal(first);
// 开始循环头节点的下一个节点
first = next;
} while (first != null);
}从源码中可以看出，其本质就是 for 循环调用 transferForSignal 方法，将条件队列中的节点循环转移到同步队列中去。
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