前言
网上有很多通过分析ReentrantLock来讲解AQS独占模式的文章, 这里就不老生常谈的讲独占锁了, 本篇文章主要是分析CountDownLatch是如何利用AQS的共享模式来实现的倒计时门闩的功能
关于CountDownLatch以及相关线程协作工具类的用法可以参考之前写的一篇文章: https://www.cnblogs.com/plumswine/p/14118324.html
关于ReentrantLock与AQS独占模式, 美团有一篇技术博客, 讲的很好: https://tech.meituan.com/2019/12/05/aqs-theory-and-apply.html
CountDownLatch源码
CountDownLatch的源码行数很少, 就几十行, 这主要是归功于AQS提供的并发框架, 子类只需要实现模板方法就可以完成所需要的功能, 其实基于AQS方法实现的线程工具类都有一个特点, 就是构建一个内部类Sync去继承AQS类, 再内部持有一个sync对象, 通过这个sync对象来操作有volatile修饰的state实现线程协作
源码解析见注释
public class CountDownLatch {
private static final class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
// Sync对象建立时就初始化state
Sync(int count) {
setState(count);
}
int getCount() {
return getState();
}
// 被AQS回调, 当返回小于0的值时, 会进入阻塞阶段
protected int tryAcquireShared(int acquires) {
return (getState() == 0) ? 1 : -1;
}
// 通过cas将state减1
// 被AQS回调, 当返回true时, 唤醒被阻塞的线程
protected boolean tryReleaseShared(int releases) {
// Decrement count; signal when transition to zero
for (;;) {
int c = getState();
if (c == 0)
return false;
int nextc = c-1;
if (compareAndSetState(c, nextc))
return nextc == 0;
}
}
}
private final Sync sync;
// 下面的方法都是直接暴露给外部直接调用的
public CountDownLatch(int count) {
if (count < 0) throw new IllegalArgumentException("count < 0");
this.sync = new Sync(count);
}
// acquireSharedInterruptibly这个方法是在AQS中定义的
// 该方法中定义了一套模板, 核心逻辑是Sync中的tryAcquireShared方法
// AQS根据tryAcquireShared不同的返回值执行不同的操作
public void await() throws InterruptedException {
sync.acquireSharedInterruptibly(1);
}
public boolean await(long timeout, TimeUnit unit)
throws InterruptedException {
return sync.tryAcquireSharedNanos(1, unit.toNanos(timeout));
}
// 与await类似, 都是直接调用AQS的定义的模板, 核心逻辑是Sync中的tryReleaseShared方法
// AQS根据tryReleaseShared不同的返回值执行不同的操作
public void countDown() {
sync.releaseShared(1);
}
public long getCount() {
return sync.getCount();
}
}
AbstractQueuedSynchronizer共享模式相关源码
AQS的源码有很多, 本篇文章只关心与共享模式有关的代码
acquireShared
该方法是被Sync直接操作的方法, 也就是AQS定义的模板流程, 子类通过实现tryAcquireShared方法来实现流程控制
public abstract class AbstractQueuedSynchronizer {
// 这就是上文中提到的两个模板方法, 由子类实现
protected int tryAcquireShared(int arg) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
protected boolean tryReleaseShared(int arg) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
// 共享模式释放state的方法, 基于的模板方法模式实现
// 该方法也就是工具类调用内部的Sync对象操作的方法
public final void acquireShared(int arg) {
// 当子类实现的方法返回的值小于0时, 进入阻塞流程(入队列)
if (tryAcquireShared(arg) < 0)
doAcquireShared(arg);
}
private void doAcquireShared(int arg) {
// 构建节点, 并加入到双向队列中
final Node node = addWaiter(Node.SHARED);
boolean failed = true;
try {
boolean interrupted = false;
for (;;) {
final Node p = node.predecessor();
// 前驱节点是头结点, 再次尝试获取
if (p == head) {
int r = tryAcquireShared(arg);
if (r >= 0) {
setHeadAndPropagate(node, r);
p.next = null; // help GC
if (interrupted)
selfInterrupt();
failed = false;
return;
}
}
// 这里是阻塞的地方, 其实就是调用LockSupport类的park方法将线程阻塞
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
interrupted = true;
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}
// 支持响应中断, 主流程与上述代码一致
public final void acquireSharedInterruptibly(int arg)
throws InterruptedException {
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
if (tryAcquireShared(arg) < 0)
doAcquireSharedInterruptibly(arg);
}
}
入队列过程
private Node addWaiter(Node mode) {
Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
// Try the fast path of enq; backup to full enq on failure
Node pred = tail;
// 当tail节点为null时, 表示当前队列还一个元素都没有
if (pred != null) {
node.prev = pred;
// cas设置tail节点, 成功则直接返回
if (compareAndSetTail(pred, node)) {
pred.next = node;
return node;
}
}
enq(node);
return node;
}
private Node enq(final Node node) {
// cas自旋设置tail
for (;;) {
Node t = tail;
if (t == null) { // Must initialize
if (compareAndSetHead(new Node()))
tail = head;
} else {
node.prev = t;
if (compareAndSetTail(t, node)) {
t.next = node;
return t;
}
}
}
}
releaseShared
与tryAcquireShared的作用正好相反, 是释放共享state的过程, 详细代码如下
public final boolean releaseShared(int arg) {
// 当Sync子类定义的tryReleaseShared返回true时, 开始唤醒队列中等待的元素
if (tryReleaseShared(arg)) {
doReleaseShared();
return true;
}
return false;
}
private void doReleaseShared() {
for (;;) {
// 从头结点开始遍历队列
Node h = head;
if (h != null && h != tail) {
int ws = h.waitStatus;
if (ws == Node.SIGNAL) {
// cas成功之后才能去唤醒, 防止并发
// 这里的cas成功其实就是拿到唤醒的执行权限
if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0))
continue; // loop to recheck cases
// 本质是调用LockSupport的unpark方法
unparkSuccessor(h);
}
else if (ws == 0 &&
!compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE))
continue; // loop on failed CAS
}
if (h == head) // loop if head changed
break;
}
}