全网最详细的AbstractQueuedSynchronizer(AQS)源码剖析（二）资源的获取和释放

上期的《全网最详细的AbstractQueuedSynchronizer(AQS)源码剖析（一）AQS基础》中介绍了什么是AQS，以及AQS的基本结构。有了这些概念做铺垫之后，我们就可以正式地看看AQS是如何通过state（以下也称资源）和同步队列，实现线程之间的同步功能了
那么线程之间是如何同步呢？其实就是通过资源的获取和释放来进行同步。如果获取到就继续运行，获取不到就放入同步队列阻塞等待，释放就是交出获得的资源，并释放同步队列中需要被唤醒的线程。对，就是这么简单！
本篇我们继续深入AQS内部，一起来看看线程是怎么利用AQS来获取、释放资源的~

获取资源

AQS获取资源是通过各种acquire方法。不同acquire方法之间存在区别，如下：

• acquire：以互斥模式获取资源，忽略中断
• acquireInterruptibly：以互斥模式获取资源，响应中断
• acquireShared：以共享模式获取资源，忽略中断
• acquireSharedInterruptibly：以共享模式获取资源，响应中断

获取互斥资源

忽略中断的acquire方法

acquire方法是获取互斥资源，忽略中断。如果获取成功，直接返回，否则该线程会进入同步队列阻塞等待。源码如下：

public final void acquire(int arg) {
    if (!tryAcquire(arg) &&
        acquireQueued(addWaiter(域名USIVE), arg))
        selfInterrupt();
}

acquire是一个模板方法，定义为final方法防止子类重写。其中的钩子方法tryAcquire需要子类去实现。
如果tryAcquire返回true，说明尝试获取成功，直接返回即可。如果tryAcquire返回false，说明尝试获取失败，会调用addWaiter方法进入等待队列。该方法的解析见上一篇博客《全网最详细的AbstractQueuedSynchronizer(AQS)源码剖析（一）AQS基础》。当该线程处于同步队列中（queued），就会调用acquireQueued方法

acquireQueued方法为一个已经位于同步队列的线程，以互斥模式获取资源，不响应中断但是会记录中断状态。源码如下：

final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
    boolean failed = true;
    try {
        boolean interrupted = false;
        for (;;) {
            final Node p = 域名ecessor();		// 获取node的前一个节点
            if (p == head && tryAcquire(arg)) {		// 如果p是head，说明node是队列头，可以竞争资源
                setHead(node);						// 将node出队
                域名 = null; // help GC
                failed = false;
                return interrupted;
            }
            if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                parkAndCheckInterrupt())
                interrupted = true;
        }
    } finally {
        if (failed)
            cancelAcquire(node);
    }
}

在acquireQueued方法代码主要都包含在一个for循环中。如果发现node是队首节点，就会再次尝试获取资源。如果此时获取成功，就直接出队并返回，不用阻塞等待，这里体现了同步队列先进先出的特点
如果不是队首节点，或者是再次尝试获取资源又双叒叕失败了，则调用shouldParkAfterFailedAcquire方法判断当前线程是否应该被阻塞（在这里打一个断点）

shouldParkAfterFailedAcquire方法会检查当前线程是否应该被阻塞，如果是就返回true，否则返回false。其源码如下：

// 调用此方法必须保证pred是node的直接前驱，即域名 == pred
private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
    int ws = 域名Status;
    if (ws == 域名AL)
        /*
        * This node has already set status asking a release
        * to signal it, so it can safely park.
        */
        return true;
    if (ws > 0) {
        // 如果前面的Node都被cancel了，那么就跳过这些Node
        do {
            域名 = pred = 域名;
        } while (域名Status > 0);
        域名 = node;
    } else {
        /*
        * waitStatus must be 0 or PROPAGATE.  Indicate that we
        * need a signal, but don\'t park yet.  Caller will need to
        * retry to make sure it cannot acquire before parking.
        */
        compareAndSetWaitStatus(pred, ws, 域名AL);
    }
    return false;
}

只有当node的直接前驱节点状态是SIGNAL时，才会认为该线程应该被阻塞。否则还需要回到acquireQueued的for循环中重新检查，不会立即阻塞

我画了一张shouldParkAfterFailedAcquire的执行流程图，如下：

那么会不会有一种可能：shouldParkAfterFailedAcquire方法一直返回false，始终认为该线程不应该阻塞，那么该线程就会一直占用CPU资源，“忙等”
其实一般来说是不会的，原因见上面示意图中的紫色文字部分

再回到acquireQueued方法中，如果shouldParkAfterFailedAcquire判断该线程，并返回了true，就需要执行parkAndCheckInterrupt将该线程阻塞，源码如下：

private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
    域名(this);
    return 域名rrupted();
}

在parkAndCheckInterrupt中借助了工具类LockSuppport将线程阻塞。阻塞过程中如果该线程被设置了中断状态，虽然中断不会导致阻塞立即被唤醒，但是线程的中断状态会被记录下来，并作为该方法的返回值

总体来说，acquireQueued方法的执行流程如下图所示：

再回到acquire方法中。如果acquire失败而阻塞等待的过程中被中断，那么等它被唤醒并成功获得资源之后，会立即调用setInterrupt方法设置线程的中断状态。setInterrupt的源码如下：

static void selfInterrupt() {
    域名entThread().interrupt();
}

最后补充一点，acquire方法除了会在线程获取互斥资源时被调用，也会被条件等待方法await方法调用，具体分析见本系列最后一期博客《全网最详细的AbstractQueuedSynchronizer(AQS)源码剖析（三）条件变量》

响应中断的acquireInterruptibly方法

acquireInterruptibly用于获取互斥资源。顾名思义，这个方法响应中断，即如果在调用过程中发生了中断，会抛出中断异常，中止资源的获取。其源码如下：

public final void acquireInterruptibly(int arg) throws InterruptedException {
    if (域名rrupted())
        throw new InterruptedException();
    if (!tryAcquire(arg))
        doAcquireInterruptibly(arg);
}

acquireInterruptibly方法首先会检查中断状态，如果没有发生中断，才会继续向下执行，否则抛出中断异常
接下来执行钩子方法tryAcquire，如果获取成功则直接返回，否则获取失败，执行doAcquireInterruptibly方法：

private void doAcquireInterruptibly(int arg) throws InterruptedException {
    final Node node = addWaiter(域名USIVE);
    boolean failed = true;
    try {
        for (;;) {
            final Node p = 域名ecessor();
            if (p == head && tryAcquire(arg)) {
                setHead(node);
                域名 = null; // help GC
                failed = false;
                return;
            }
            if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                parkAndCheckInterrupt())
                throw new InterruptedException();
        }
    } finally {
        if (failed)
            cancelAcquire(node);
    }
}

doAcquireInterruptibly会先调用addWaiter方法，将当前线程加入队尾。之后的逻辑和acquireQueued类似，就是在for循环中，先判断当前节点是否是头节点，如果是则再次尝试获取资源。如果不是队首或者获取失败，则调用shouldParkAfterFailedAcquire方法判断该线程是否应该被阻塞。如果不是就进入下一轮循环。如果需要被阻塞，则调用parkAndCheckInterrupt方法将其阻塞。如果阻塞过程中发生中断，则当该线程被唤醒后回到doAcquireInterruptibly中，会抛出中断异常，并调用cancelAcquire执行取消节点的逻辑

doAcquireInterruptibly和acquireQueued的区别有两点：

• acquireQueued调用之前，当前线程就已经被放入同步队列；而doAcquireInterruptibly没有，需要自己调用addWaiter方法
• acquireQueued中不会因发生中断而抛出中断异常、取消节点，只会记录是否发生中断并返回；而doAcquireInterruptibly会响应中断，抛出中断异常，并取消该线程对应的节点

获取共享资源

忽略中断的acquireShared方法

acquireShared是以共享模式获取资源，并且忽略中断。源码如下：

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

该方法首先会调用钩子方法tryAcquireShared尝试获取共享资源，如果获取成功则直接返回，否则获取失败，调用doAcquireShared方法：

private void doAcquireShared(int arg) {
    final Node node = addWaiter(域名ED);
    boolean failed = true;
    try {
        boolean interrupted = false;
        for (;;) {
            final Node p = 域名ecessor();
            if (p == head) {
                int r = tryAcquireShared(arg);
                if (r >= 0) {						// 表示tryAcquireShared获取成功
                    
                    // 设置head，并判断是否需要唤醒后继线程。如果需要则唤醒，并保证传播
                    setHeadAndPropagate(node, r);
                    域名 = null; // help GC
                    if (interrupted)
                        selfInterrupt();
                    failed = false;
                    return;
                }
            }
            if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                parkAndCheckInterrupt())
                interrupted = true;
        }
    } finally {
        if (failed)
            cancelAcquire(node);
    }
}

这里也会调用addWaiter将当前线程加入同步队列，不过这里的Node是共享模式（域名ED）
在接下来的for循环中，如果当前线程位于队首，则再次尝试获取资源。如果获取成功，则调用setHeadAndPropagate方法，处理中断之后返回

其中setHeadAndPropagate方法的作用是弹出队头，并检测其后继节点是否需要被唤醒，如果需要的话就唤醒，并确保传播。源码如下；

private void setHeadAndPropagate(Node node, int propagate) {
    Node h = head; // Record old head for check below
    setHead(node);
    // 这个复杂的if条件判断就是用于判断：后继节点的线程是否要被唤醒
    // propagate > 0 表示允许后续节点继续获取共享资源
    if (propagate > 0 || h == null || 域名Status < 0 ||
        (h = head) == null || 域名Status < 0) {
        Node s = 域名;
        if (s == null || 域名ared())
            doReleaseShared();		// 唤醒后继的共享模式的线程，并确保状态传播下去
    }
}

在共享模式下，一个线程获取资源成功后，可能会引起后继等待获取共享资源的线程。注意，这里是后继而非同步队列中所有后面的。在这一点上，不同于互斥资源的获取，共享资源的获取更像是一人得道，鸡犬升天

如果在setHeadAndPropagate中发现后继有线程需要被释放，则调用doReleaseShared方法将它释放，并确保传播，它也是releaseShared方法的核心，该方法会在后面讲解释放共享资源时给出解析，这里暂时不分析

确保传播的含义:
保证被唤醒的线程可以继续唤醒它的后继线程。如果每个线程都能确保传播，那么所有应该被释放的后继线程都能得到释放

总的来说，acquireShared的流程与acquire基本一致，最大的区别在于：获取共享资源成功后，可能需要唤醒后继的多个线程。而获取互斥资源成功后，不需要唤醒其他任何线程

响应中断的acquireSharedInterruptibly方法

acquireSharedInterruptibly方法用于获取共享资源，但是该方法会响应中断，即在获取过程中接收到中断信号，会抛出中断异常。其源码如下：

public final void acquireSharedInterruptibly(int arg) throws InterruptedException {
    if (域名rrupted())
        throw new InterruptedException();
    if (tryAcquireShared(arg) < 0)
        doAcquireSharedInterruptibly(arg);
}

和acquireInterruptibly一样，acquireSharedInterruptibly也会先检查线程的中断状态是否已经被设置。如果设置则直接抛出中断异常
接下来会调用钩子方法tryAcquireShared尝试获取共享资源，获取成功则直接返回，获取失败就会调用doAcquireSharedInterruptibly方法：

private void doAcquireSharedInterruptibly(int arg) throws InterruptedException {
    final Node node = addWaiter(域名ED);
    boolean failed = true;
    try {
        for (;;) {
            final Node p = 域名ecessor();
            if (p == head) {
                int r = tryAcquireShared(arg);
                if (r >= 0) {
                    setHeadAndPropagate(node, r);
                    域名 = null; // help GC
                    failed = false;
                    return;
                }
            }
            if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                parkAndCheckInterrupt())
                throw new InterruptedException();
        }
    } finally {
        if (failed)
            cancelAcquire(node);
    }
}

不多解释，直接上图吧！下面是doAcquireSharedInterruptibly方法的执行流程图：

doAcquireSharedInterruptibly方法和doAcquireShared方法大体上差不多，区别仅在于前者响应中断并会抛出中断异常，而后者忽略中断，只记录中断状态并返回

释放资源

AQS释放资源是通过各种release方法。不同release之间存在区别，如下：

• release：以独占模式释放对象
• releaseShared：以共享模式释放对象

release不存在响应中断的区别，都是忽略中断的，因为线程在释放资源的时候被中断可能引起意外的错误

释放互斥资源

AQS使用release方法释放互斥资源，源码如下：

public final boolean release(int arg) {
    if (tryRelease(arg)) {
        Node h = head;
        if (h != null && 域名Status != 0)
            unparkSuccessor(h);
        return true;
    }
    return false;
}

该方法会先调用钩子方法tryRelease，如果释放失败则直接返回false，如果释放成功，则调用unparkSuccessor方法唤醒队首线程，并返回true

unparkSuccessor方法是唤醒线程的主要逻辑。源码如下：

private void unparkSuccessor(Node node) {
    
    // 如果status < 0（表明可能需要signal），先清除状态（设为0）
    int ws = 域名Status;
    if (ws < 0)
        compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);

    // 一般来说后继需要unpark的节点就是next节点
    // 但是如果next被cancel或为null，则需要从后向前遍历，直到找到有效的后继节点
    Node s = 域名;
    if (s == null || 域名Status > 0) {
        s = null;
        for (Node t = tail; t != null && t != node; t = 域名)
            if (域名Status <= 0)
                s = t;
    }
    if (s != null)
        域名rk(域名ad);
}

该方法的作用是唤醒node的有效后继节点。有效指的是跳过那些被cancel的节点。 由于同步队列是FIFO的，所以node一定是head

释放共享资源

releaseShared用于释放共享资源，源码如下：

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

该方法首先调用钩子方法tryReleaseShared尝试释放资源，如果失败则直接返回false，如果成功则执行doReleaseShared方法唤醒后继的其他共享模式线程同时确保传播，最后返回true

doReleaseShared方法在前面的acquireShared -> setHeadAndPropagate中出现过，该方法的作用是在共享模式下唤醒后继线程，并确保传播。其源码如下：

private void doReleaseShared() {
    for (;;) {
        Node h = head;
        if (h != null && h != tail) {
            int ws = 域名Status;
            if (ws == 域名AL) {
                // 如果需要，则唤醒后继线程，同时设置waitStatus为0
                if (!compareAndSetWaitStatus(h, 域名AL, 0))
                    continue;            // loop to recheck cases
                unparkSuccessor(h);			// 唤醒后继线程
            }
            else if (ws == 0 && !compareAndSetWaitStatus(h, 0, 域名AGATE))		// 设置PROPAGATE状态，保证唤醒可以传播下去
                continue;                // loop on failed CAS
        }
        // 如果上述的执行过程没有被别的线程打扰，那就退出，否则重新loop
        if (h == head)                   // loop if head changed
            break;
    }
}

最后来做个总结：

AQS针对互斥资源、共享资源的获取和释放，提供了不同的方法。而获取资源的方法也可以分为响应中断和忽略中断，释放资源都是忽略中断的

AQS正是通过资源 （state）的释放和获取，配合同步队列让线程排队等待，以FIFO的方式让竞争资源失败的线程阻塞、唤醒

这些释放、获取方法都是AQS提供给子类去调用的模板方法，其中的一些关键步骤均设计为了钩子方法，让子类可以个性化定制

正是有了AQS这个强大的后盾，才能诞生出那么多实用的并发同步工具类。不得不说，AQS是真的牛啊

好了，能看到这里的读者，相信已经掌握了AQS的基本结构，以及AQS是获取、释放资源的原理
我这里其实并没有剖析所有AQS提供的资源获取方法，还有两个可超时方法tryAcquireNanos、tryAcquireSharedNanos没有讲解，但是基本上和其他获取资源方法是类似的，只是多了一个超时而取消的逻辑，感兴趣的读者可以打开AQS源码自己分析
接下来的就是AQS的最后一篇了，我们来看看AQS里面的条件队列是怎么实现的