AbstractQueuedSynchronizer（AQS）源碼解析（二）——資源的擷取和釋放
上期的《全網最詳細的AbstractQueuedSynchronizer(AQS)源碼剖析（一）AQS基礎》中介紹了什麼是AQS，以及AQS的基本結構。有了這些概念做鋪墊之後，我們就可以正式地看看AQS是如何通過<code>state</code>（以下也稱資源）和同步隊列，實作線程之間的同步功能了 那麼線程之間是如何同步呢？其實就是通過資源的擷取和釋放來進行同步。如果擷取到就繼續運作，擷取不到就放入同步隊列阻塞等待，釋放就是交出獲得的資源，并釋放同步隊列中需要被喚醒的線程。對，就是這麼簡單！ 本篇我們繼續深入AQS内部，一起來看看線程是怎麼利用AQS來擷取、釋放資源的~
AQS擷取資源是通過各種<code>acquire</code>方法。不同<code>acquire</code>方法之間存在差別，如下：
<code>acquire</code>：以互斥模式擷取資源，忽略中斷
<code>acquireInterruptibly</code>：以互斥模式擷取資源，響應中斷
<code>acquireShared</code>：以共享模式擷取資源，忽略中斷
<code>acquireSharedInterruptibly</code>：以共享模式擷取資源，響應中斷
<code>acquire</code>方法是擷取互斥資源，忽略中斷。如果擷取成功，直接傳回，否則該線程會進入同步隊列阻塞等待。源碼如下：
<code>acquire</code>是一個模闆方法，定義為final方法防止子類重寫。其中的鈎子方法<code>tryAcquire</code>需要子類去實作。
如果<code>tryAcquire</code>傳回true，說明嘗試擷取成功，直接傳回即可。如果<code>tryAcquire</code>傳回false，說明嘗試擷取失敗，會調用<code>addWaiter</code>方法進入等待隊列。該方法的解析見上一篇部落格全網最詳細的AbstractQueuedSynchronizer(AQS)源碼剖析（一）AQS基礎
執行完<code>addWaiter</code>方法後，該線程就處于同步隊列中了（queued），接下來就會調用<code>acquireQueued</code>方法
<code>acquireQueued</code>方法為一個已經位于同步隊列的線程，以互斥模式擷取資源，不響應中斷但是會記錄中斷狀态。源碼如下：
在<code>acquireQueued</code>方法代碼主要都包含在一個<code>for</code>循環中。如果發現<code>node</code>是隊首節點，就會再次嘗試擷取資源。如果此時擷取成功，就直接出隊并傳回，不用阻塞等待，這裡展現了同步隊列先進先出的特點
如果不是隊首節點，或者是再次嘗試擷取資源又雙叒叕失敗了，則調用<code>shouldParkAfterFailedAcquire</code>方法判斷目前線程是否應該被阻塞
<code>shouldParkAfterFailedAcquire</code>方法會檢查目前線程是否應該被阻塞，如果是就傳回true，否則傳回false。其源碼如下：
隻有當<code>node</code>的直接前驅節點等待狀态<code>waitStatus</code>是<code>SIGNAL</code>時，才會認為該線程應該被阻塞。否則還需要回到<code>acquireQueued</code>的<code>for</code>循環中重新檢查，不會立即阻塞
我畫了一張<code>shouldParkAfterFailedAcquire</code>的執行流程圖，如下：
那麼會不會有一種可能：<code>shouldParkAfterFailedAcquire</code>方法一直傳回false，始終認為該線程不應該阻塞，那麼該線程就會一直占用CPU資源，“忙等” 其實一般來說是不會的，原因見上面示意圖中的紫色文字部分
再回到<code>acquireQueued</code>方法中，如果<code>shouldParkAfterFailedAcquire</code>判斷該線程，并傳回了true，就需要執行<code>parkAndCheckInterrupt</code>将該線程阻塞，源碼如下：
在<code>parkAndCheckInterrupt</code>中借助了工具類<code>LockSuppport</code>将線程阻塞。阻塞過程中如果該線程被設定了中斷狀态，雖然中斷不會導緻阻塞立即被喚醒，但是線程的中斷狀态會被記錄下來，并作為該方法的傳回值
總體來說，<code>acquireQueued</code>方法的執行流程如下圖所示：
再回到<code>acquire</code>方法中。如果<code>acquire</code>失敗而阻塞等待的過程中被中斷，那麼等它被喚醒并成功獲得資源之後，會立即調用<code>setInterrupt</code>方法設定線程的中斷狀态。<code>setInterrupt</code>的源碼如下：
最後補充一點，<code>acquire</code>方法除了會線上程擷取互斥資源時被調用，也會被條件等待方法<code>await</code>方法調用，具體分析見本系列最後一期部落格全網最詳細的AbstractQueuedSynchronizer(AQS)源碼剖析（三）條件變量
<code>acquireInterruptibly</code>用于擷取互斥資源。顧名思義，這個方法響應中斷，即如果在調用過程中發生了中斷，會抛出中斷異常，中止資源的擷取。其源碼如下：
<code>acquireInterruptibly</code>方法首先會檢查中斷狀态，如果沒有發生中斷，才會繼續向下執行，否則抛出中斷異常
接下來執行鈎子方法<code>tryAcquire</code>，如果擷取成功則直接傳回，否則擷取失敗，執行<code>doAcquireInterruptibly</code>方法：
<code>doAcquireInterruptibly</code>會先調用<code>addWaiter</code>方法，将目前線程加入隊尾。之後的邏輯和<code>acquireQueued</code>類似，就是在<code>for</code>循環中，先判斷目前節點是否是頭節點，如果是則再次嘗試擷取資源。如果不是隊首或者擷取失敗，則調用<code>shouldParkAfterFailedAcquire</code>方法判斷該線程是否應該被阻塞。如果不是就進入下一輪循環。如果需要被阻塞，則調用<code>parkAndCheckInterrupt</code>方法将其阻塞。如果阻塞過程中發生中斷，則當該線程被喚醒後回到<code>doAcquireInterruptibly</code>中，會抛出中斷異常，并調用<code>cancelAcquire</code>執行取消節點的邏輯
<code>doAcquireInterruptibly</code>和<code>acquireQueued</code>的差別有兩點：
<code>acquireQueued</code>調用之前，目前線程就已經被放入同步隊列；而<code>doAcquireInterruptibly</code>沒有，需要自己調用<code>addWaiter</code>方法
<code>acquireQueued</code>中不會因發生中斷而抛出中斷異常、取消節點，隻會記錄是否發生中斷并傳回；而<code>doAcquireInterruptibly</code>會響應中斷，抛出中斷異常，并取消該線程對應的節點
作者：酒冽 出處：https://www.cnblogs.com/frankiedyz/p/15674098.html
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<code>acquireShared</code>是以共享模式擷取資源，并且忽略中斷。源碼如下：
該方法首先會調用鈎子方法<code>tryAcquireShared</code>嘗試擷取共享資源，如果擷取成功則直接傳回，否則擷取失敗，調用<code>doAcquireShared</code>方法：
這裡也會調用<code>addWaiter</code>将目前線程加入同步隊列，不過這裡的<code>Node</code>是共享模式（<code>Node.SHARED</code>）
在接下來的<code>for</code>循環中，如果目前線程位于隊首，則再次嘗試擷取資源。如果擷取成功，則調用<code>setHeadAndPropagate</code>方法，進行中斷之後傳回
其中<code>setHeadAndPropagate</code>方法的作用是彈出隊頭，并檢測其後繼節點是否需要被喚醒，如果需要的話就喚醒，并確定傳播。源碼如下；
在共享模式下，一個線程擷取資源成功後，可能會引起後繼等待擷取共享資源的線程。注意，這裡是後繼而非同步隊列中所有後面的。在這一點上，不同于互斥資源的擷取，共享資源的擷取更像是一人得道，雞犬升天
如果在<code>setHeadAndPropagate</code>中發現存在後繼線程需要被釋放，則調用<code>doReleaseShared</code>方法将它釋放，并確定傳播，它也是<code>releaseShared</code>方法的核心，該方法會在後面講解釋放共享資源時給出解析，這裡暫時不分析
確定傳播的含義: 保證被喚醒的線程可以繼續喚醒它的後繼線程。如果每個線程都能確定傳播，那麼所有應該被釋放的後繼線程都能得到釋放（類似于遞歸釋放）
總的來說，<code>acquireShared</code>的流程與<code>acquire</code>基本一緻，最大的差別在于：擷取共享資源成功後，可能需要喚醒後繼的多個線程。而擷取互斥資源成功後，不需要喚醒其他任何線程
<code>acquireSharedInterruptibly</code>方法用于擷取共享資源，但是該方法會響應中斷，即在擷取過程中接收到中斷信号，會抛出中斷異常。其源碼如下：
和<code>acquireInterruptibly</code>一樣，<code>acquireSharedInterruptibly</code>也會先檢查線程的中斷狀态是否已經被設定。如果設定則直接抛出中斷異常
接下來會調用鈎子方法<code>tryAcquireShared</code>嘗試擷取共享資源，擷取成功則直接傳回，擷取失敗就會調用<code>doAcquireSharedInterruptibly</code>方法：
不多解釋，直接上圖吧！下面是<code>doAcquireSharedInterruptibly</code>方法的執行流程圖：
<code>doAcquireSharedInterruptibly</code>方法和<code>doAcquireShared</code>方法大體上差不多，差別僅在于前者響應中斷并會抛出中斷異常，而後者忽略中斷，隻記錄中斷狀态并傳回
AQS釋放資源是通過各種<code>release</code>方法。不同<code>release</code>之間存在差別，如下：
<code>release</code>：以獨占模式釋放對象
<code>releaseShared</code>：以共享模式釋放對象
這些釋放資源的方法都不存在響應中斷的差別，都是忽略中斷的，因為線程在釋放資源的時候被中斷可能引起意外的錯誤
AQS使用<code>release</code>方法釋放互斥資源，源碼如下：
該方法會先調用鈎子方法<code>tryRelease</code>，如果釋放失敗則直接傳回false，如果釋放成功，則調用<code>unparkSuccessor</code>方法喚醒隊首線程，并傳回true
<code>unparkSuccessor</code>方法是喚醒線程的主要邏輯。源碼如下：
該方法的作用是喚醒<code>node</code>的有效後繼節點。有效指的是跳過那些被cancel的節點。 由于同步隊列是FIFO的，是以<code>node</code>一定是<code>head</code>
<code>releaseShared</code>用于釋放共享資源，源碼如下：
該方法首先調用鈎子方法<code>tryReleaseShared</code>嘗試釋放資源，如果失敗則直接傳回false，如果成功則執行<code>doReleaseShared</code>方法喚醒後繼的其他共享模式線程同時確定傳播，最後傳回true
<code>doReleaseShared</code>方法在前面的<code>acquireShared</code> -> <code>setHeadAndPropagate</code>中出現過，該方法的作用是在共享模式下喚醒後繼線程，并確定傳播。其源碼如下：
AQS的應用就不用我多吹了吧，那些個JUC裡面的大名鼎鼎的可重入鎖、讀寫鎖，底層實作都是基于AQS
如果想要自己使用AQS實作某個并發工具，也很簡單，隻需要繼承AQS，并實作一些特定方法即可~
如果要使用AQS中的互斥資源同步方法，需要手動實作<code>tryAcquire</code>和<code>tryRelease</code>方法
如果要使用AQS中的共享資源同步方法，需要手動實作<code>tryAcquireShared</code>和<code>tryReleaseShared</code>方法
如果要使用AQS中的條件變量，需要實作<code>isHeldExclusively</code>方法
非可重入鎖<code>NonReentrantLock</code>定義了一個内部工具類<code>Sync</code>實作關于鎖的操作，而<code>Sync</code>則繼承了AQS。實作的代碼如下：
點選檢視代碼
最後來做個總結：
AQS針對互斥資源、共享資源的擷取和釋放，提供了不同的方法。而擷取資源的方法也可以分為響應中斷和忽略中斷，釋放資源都是忽略中斷的
AQS正是通過資源 （<code>state</code>）的釋放和擷取，配合同步隊列讓線程排隊等待，以FIFO的方式讓競争資源失敗的線程阻塞、喚醒
這些釋放、擷取方法都是AQS提供給子類去調用的模闆方法，其中的一些關鍵步驟均設計為了鈎子方法，讓子類可以個性化定制
正是有了AQS這個強大的後盾，才能誕生出那麼多實用的并發同步工具類。不得不說，AQS是真的牛啊
好了，能看到這裡的讀者，相信已經掌握了AQS的基本結構，以及AQS是擷取、釋放資源的原理 我這裡其實并沒有剖析所有AQS提供的資源擷取方法，還有兩個可逾時方法<code>tryAcquireNanos</code>、<code>tryAcquireSharedNanos</code>沒有分析，但是基本上和其他擷取資源方法是類似的，隻是多了一個逾時而取消的邏輯，感興趣的讀者可以打開AQS源碼自己分析 接下來的就是AQS的最後一篇了，我們來看看AQS裡面的條件隊列是怎麼實作的
全網最詳細的AbstractQueuedSynchronizer(AQS)源碼剖析（一）AQS基礎
全網最詳細的AbstractQueuedSynchronizer(AQS)源碼剖析（二）資源的擷取和釋放
全網最詳細的AbstractQueuedSynchronizer(AQS)源碼剖析（三）條件變量
願歸來仍是少年！
作者：酒冽
出處：https://www.cnblogs.com/frankiedyz/p/15674098.html
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