java同步器AQS架構怎么釋放鎖和同步隊列

Java同步器AQS架構怎么釋放鎖和同步隊列

1. 概述

在Java并發編程中，AbstractQueuedSynchronizer（簡稱AQS）是一個非常重要的同步器框架。它為實現依賴于先進先出（FIFO）等待隊列的阻塞鎖和相關同步器（如信號量、事件等）提供了一個基礎框架。AQS的核心思想是通過一個volatile的int類型的state變量來表示同步狀態，并通過一個FIFO隊列來管理等待線程。

本文將重點討論AQS架構中如何釋放鎖以及同步隊列的工作原理。

2. AQS的核心組件

2.1 同步狀態（State）

AQS通過一個volatile的int類型的state變量來表示同步狀態。不同的同步器可以根據需要定義state的含義。例如，在獨占鎖中，state通常表示鎖的持有狀態（0表示未鎖定，1表示鎖定）。

2.2 同步隊列

AQS通過一個FIFO隊列來管理等待線程。這個隊列是一個雙向鏈表，每個節點代表一個等待線程。隊列中的節點分為兩種模式：獨占模式和共享模式。

3. 釋放鎖的過程

在AQS中，釋放鎖的過程主要涉及以下幾個步驟：

3.1 修改同步狀態

釋放鎖的第一步是修改同步狀態state。對于獨占鎖來說，通常是將state從1改為0，表示鎖已經被釋放。

protected final boolean tryRelease(int releases) {
    int c = getState() - releases;
    if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
        throw new IllegalMonitorStateException();
    boolean free = false;
    if (c == 0) {
        free = true;
        setExclusiveOwnerThread(null);
    }
    setState(c);
    return free;
}

3.2 喚醒后繼節點

在修改完同步狀態后，AQS會嘗試喚醒同步隊列中的后繼節點。這個過程是通過調用unparkSuccessor(Node node)方法來實現的。

private void unparkSuccessor(Node node) {
    int ws = node.waitStatus;
    if (ws < 0)
        compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);

    Node s = node.next;
    if (s == null || s.waitStatus > 0) {
        s = null;
        for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)
            if (t.waitStatus <= 0)
                s = t;
    }
    if (s != null)
        LockSupport.unpark(s.thread);
}

3.3 后繼節點獲取鎖

被喚醒的后繼節點會嘗試獲取鎖。如果獲取成功，則該節點會成為新的持有者，并從同步隊列中移除。

final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
    boolean failed = true;
    try {
        boolean interrupted = false;
        for (;;) {
            final Node p = node.predecessor();
            if (p == head && tryAcquire(arg)) {
                setHead(node);
                p.next = null; // help GC
                failed = false;
                return interrupted;
            }
            if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                parkAndCheckInterrupt())
                interrupted = true;
        }
    } finally {
        if (failed)
            cancelAcquire(node);
    }
}

4. 同步隊列的管理

4.1 節點入隊

當一個線程嘗試獲取鎖失敗時，它會被包裝成一個節點并加入到同步隊列的尾部。

private Node addWaiter(Node mode) {
    Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
    Node pred = tail;
    if (pred != null) {
        node.prev = pred;
        if (compareAndSetTail(pred, node)) {
            pred.next = node;
            return node;
        }
    }
    enq(node);
    return node;
}

4.2 節點出隊

當一個節點成功獲取鎖后，它會從同步隊列中移除，并成為新的頭節點。

private void setHead(Node node) {
    head = node;
    node.thread = null;
    node.prev = null;
}

5. 總結

AQS通過一個volatile的state變量和一個FIFO隊列來管理同步狀態和等待線程。釋放鎖的過程主要包括修改同步狀態、喚醒后繼節點以及后繼節點獲取鎖。同步隊列的管理則涉及節點的入隊和出隊操作。理解AQS的釋放鎖和同步隊列的工作原理，對于深入掌握Java并發編程至關重要。

通過本文的介紹，希望讀者能夠對AQS的釋放鎖和同步隊列有一個清晰的認識，并能夠在實際開發中靈活運用。