Java并发源码剖析(二)——AbstractQueuedSynchronizer共享模式

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0、引言

作为并发相关内容的第二篇,这里主要延续上一篇文章《Java并发源码剖析(一)——AbstractQueuedSynchronizer独占模式》的内容继续介绍共享模式的知识。

1、共享式AQS

独占式AQS主要是运用在ReentrantLock内,而共享式AQS主要是Semaphore、CountDownLatch。它旨在提供一个可以同时通过多个线程的阻塞方式。独占式是一种悲观锁,而共享式是一种乐观锁。这也是它与独占式AQS最大的区别。

2、共享式的机制

2.1、acquire共享模式

共享式的acquire操作与独占式的差别不太大,也是调用子类的tryAcquireShared方法,如果失败后才进行后续的操作。

public final void acquireShared(int arg) {
    if (tryAcquireShared(arg) < 0)
        doAcquireShared(arg);
}

2.1.1、doAcquireShared

总的来说,两者的代码思路是一致的,我将两个代码放在一起供大家做一个对比。如果有不是很了解的可以参考我的第一篇文章。

acquire函数的代码对比图.png

这里主要指出一下不同。

  1. addWaiter设置为shared模式。
  2. tryAcquire和tryAcquireShared的返回值不同,因此会多出一个判断过程
  3. 在判断前驱节点是头节点后,调用了setHeadAndPropagate方法,而不是简单的更新一下头节点。(如图中红线标出的地方)

2.1.2、setHeadAndPropagate

设置头节点状态,并通过propagate判断是否可以允许acquire

private void setHeadAndPropagate(Node node, int propagate) {
    Node h = head; 
    setHead(node);
    // propagate也就是state的更新值大于0,代表可以继续acquire
    if (propagate > 0 || h == null || h.waitStatus < 0 ||
        (h = head) == null || h.waitStatus < 0) {
        Node s = node.next;
        // 判断后继节点是否存在,如果存在是否是共享模式的节点
        // 然后进行共享模式的释放
        if (s == null || s.isShared())
            doReleaseShared();
    }
}

在这里h头节点进行了两次判定,第一次是判定旧头节点存在且状态已经被设置过,第二次是判定设置后的头节点是否存在并且状态已经被设置过。只有满足上述的一个条件,就会对其后继节点做判断。后继节点不存在或者后继节点是共享模式,那就可以对整个队列进行释放操作。

Q1:这里为什么要判断状态为小于0的情况,直接使用PROPAGATE状态不可以吗?
这个是因为PROPAGATE状态是会被转换为SIGNAL的,这个在shouldParkAfterFailedAcquire方法中处理的,不清楚的可以再翻阅一下之前的文章。

这里有个小疑问,我也没太想明白???

为什么要去对老节点的状态去做一个判断,源码中注释解释的是在多重acquire/release情况下会出现不必要的唤醒。反正我是没懂这是什么意思?

2.1.3、doReleaseShared

头节点开始, 判断头节点后继的状态,来确定后继需不需要唤醒。

private void doReleaseShared() {
    for (;;) {
        Node h = head;
        // 只需要处理头节点和尾节点都存在,且队列内的节点总数超过1个的情况
        if (h != null && h != tail) {
            int ws = h.waitStatus;
            // 两种模式下都需要SIGNAL信号来判断是否唤醒后继节点
            if (ws == Node.SIGNAL) {
                // 如果CAS操作失败了就继续循环处理
                if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0)) {
                    continue;
                }
                // CAS操作成功后,就将后继节点解除阻塞
                unparkSuccessor(h);
            } else if (ws == 0 && !compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE)) {
                continue;
            }
            // 当状态码是PROPAGATE的时候,就可以结束循环了
        }
        // 在循环过程中,为了防止在上述操作过程中新添加了节点的情况,
        // 通过检查头节点是否改变了,如果改变了就继续循环
        if (h == head)
            break;
    }
}

由于共享模式和独占模式的队列是一样的,他们都需要区分出SIGNAL信号,然后对该后继节点进行阻塞的接触。对于状态为初始值的节点,就可以将其状态设置为PROPAGATE,不做任何其他操作,结束循环。

这里的循环主要是检测是否在上述操作中,有新的节点加入到队列中。

2.2、release共享模式

共享模式下的release操作与独占式无太大差别,而核心方法还是在于doReleaseShared。具体方法内容在2.4小节内已经解释过,可以返回到上一小节再分析一下。

public final boolean releaseShared(int arg) {
    if (tryReleaseShared(arg)) {
        doReleaseShared();
        return true;
    }
    return false;
}

因为从头节点开始的节点进行处理,所以对于共享模式的release来说,一般来说,只需要判断两种情况,一种SIGNAL代表后继节点之前被阻塞了需要释放,而另一种是PROPAGATE代表共享模式下可以继续进行acquire。

3、小结

共享式的操作与独占式的主要区别在于,每次acquire竞争失败后,独占式将立即阻塞当前线程,而共享式需要在多次acquire失败后才会阻塞当前线程。简单来说,共享式是有一定限额的独占式。限额的满足方式,根据不同的子类不同的实现方式。

参考文章

  1. Java并发-独占锁与共享锁
  2. Java并发包源码学习之AQS框架(四)AbstractQueuedSynchronizer源码分析
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