【死磕Java并发】—– J.U.C之AQS：CLH同步队列

此篇博客所有源码均来自JDK 1.8

作者：大明哥 原文地址：http://cmsblogs.com/?p=2205

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在线程获取同步状态时如果获取失败，则加入CLH同步队列，通过通过自旋的方式不断获取同步状态，但是在自旋的过程中则需要判断当前线程是否需要阻塞，其主要方法在acquireQueued()：

1. if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&

2.                    parkAndCheckInterrupt())

3.                    interrupted = true;

通过这段代码我们可以看到，在获取同步状态失败后，线程并不是立马进行阻塞，需要检查该线程的状态，检查状态的方法为 shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) 方法，该方法主要靠前驱节点判断当前线程是否应该被阻塞，代码如下：

1.    private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {

2.        //前驱节点

3.        int ws = pred.waitStatus;

4.        //状态为signal，表示当前线程处于等待状态，直接放回true

5.        if (ws == Node.SIGNAL)

6.            return true;

7.        //前驱节点状态 > 0 ，则为Cancelled,表明该节点已经超时或者被中断了，需要从同步队列中取消

8.        if (ws > 0) {

9.            do {

10.                node.prev = pred = pred.prev;

11.            } while (pred.waitStatus > 0);

12.            pred.next = node;

13.        }

14.        //前驱节点状态为Condition、propagate

15.        else {

16.            compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);

17.        }

18.        return false;

19.    }

这段代码主要检查当前线程是否需要被阻塞，具体规则如下：

1. 如果当前线程的前驱节点状态为SINNAL，则表明当前线程需要被阻塞，调用unpark()方法唤醒，直接返回true，当前线程阻塞

2. 如果当前线程的前驱节点状态为CANCELLED（ws > 0），则表明该线程的前驱节点已经等待超时或者被中断了，则需要从CLH队列中将该前驱节点删除掉，直到回溯到前驱节点状态 <= 0 ，返回false

3. 如果前驱节点非SINNAL，非CANCELLED，则通过CAS的方式将其前驱节点设置为SINNAL，返回false

如果 shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) 方法返回true，则调用parkAndCheckInterrupt()方法阻塞当前线程：

1.    private final boolean parkAndCheckInterrupt() {

2.        LockSupport.park(this);

3.        return Thread.interrupted();

4.    }

parkAndCheckInterrupt() 方法主要是把当前线程挂起，从而阻塞住线程的调用栈，同时返回当前线程的中断状态。其内部则是调用LockSupport工具类的park()方法来阻塞该方法。

当线程释放同步状态后，则需要唤醒该线程的后继节点：

1.    public final boolean release(int arg) {

2.        if (tryRelease(arg)) {

3.            Node h = head;

4.            if (h != null && h.waitStatus != 0)

5.                //唤醒后继节点

6.                unparkSuccessor(h);

7.            return true;

8.        }

9.        return false;

10.    }

调用unparkSuccessor(Node node)唤醒后继节点：

1.    private void unparkSuccessor(Node node) {

2.        //当前节点状态

3.        int ws = node.waitStatus;

4.        //当前状态 < 0 则设置为 0

5.        if (ws < 0)

6.            compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);

7.        //当前节点的后继节点

8.        Node s = node.next;

9.        //后继节点为null或者其状态 > 0 (超时或者被中断了)

10.        if (s == null || s.waitStatus > 0) {

11.            s = null;

12.            //从tail节点来找可用节点

13.            for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)

14.                if (t.waitStatus <= 0)

15.                    s = t;

16.        }

17.        //唤醒后继节点

18.        if (s != null)

19.            LockSupport.unpark(s.thread);

20.    }

可能会存在当前线程的后继节点为null，超时、被中断的情况，如果遇到这种情况了，则需要跳过该节点，但是为何是从tail尾节点开始，而不是从node.next开始呢？原因在于node.next仍然可能会存在null或者取消了，所以采用tail回溯办法找第一个可用的线程。最后调用LockSupport的unpark(Thread thread)方法唤醒该线程。

LockSupport

从上面我可以看到，当需要阻塞或者唤醒一个线程的时候，AQS都是使用LockSupport这个工具类来完成的。

LockSupport是用来创建锁和其他同步类的基本线程阻塞原语

每个使用LockSupport的线程都会与一个许可关联，如果该许可可用，并且可在进程中使用，则调用park()将会立即返回，否则可能阻塞。如果许可尚不可用，则可以调用 unpark 使其可用。但是注意许可不可重入，也就是说只能调用一次park()方法，否则会一直阻塞。

LockSupport定义了一系列以park开头的方法来阻塞当前线程，unpark(Thread thread)方法来唤醒一个被阻塞的线程。如下：

park(Object blocker)方法的blocker参数，主要是用来标识当前线程在等待的对象，该对象主要用于问题排查和系统监控。

park方法和unpark(Thread thread)都是成对出现的，同时unpark必须要在park执行之后执行，当然并不是说没有不调用unpark线程就会一直阻塞，park有一个方法，它带了时间戳（parkNanos(long nanos)：为了线程调度禁用当前线程，最多等待指定的等待时间，除非许可可用）。

park()方法的源码如下：

1.    public static void park() {

2.        UNSAFE.park(false, 0L);

3.    }

unpark(Thread thread)方法源码如下：

1.    public static void unpark(Thread thread) {

2.        if (thread != null)

3.            UNSAFE.unpark(thread);

4.    }

从上面可以看出，其内部的实现都是通过UNSAFE（sun.misc.Unsafe UNSAFE）来实现的，其定义如下：

1. public native void park(boolean var1, long var2);

2. public native void unpark(Object var1);

两个都是native本地方法。Unsafe 是一个比较危险的类，主要是用于执行低级别、不安全的方法集合。尽管这个类和所有的方法都是公开的（public），但是这个类的使用仍然受限，你无法在自己的java程序中直接使用该类，因为只有授信的代码才能获得该类的实例。

参考资料

1. 方腾飞：《Java并发编程的艺术》

2. LockSupport的park和unpark的基本使用,以及对线程中断的响应性