CAS和AQS
CAS
全稱（Compare And Swap）,比較交換
Unsafe類是CAS的核心類，提供硬件級別的原子操作。
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// 對象、對象的地址、預(yù)期值、修改值 public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5);缺點(diǎn)：
- 如何避免：Java提供了AtomicStampedReference和AtomicMarkableReference來解決。AtomicStampedReference通過包裝[E,Integer]的元組來對對象標(biāo)記版本戳stamp，對于ABA問題其解決方案是加上版本號，即在每個變量都加上一個版本號，每次改變時加1，即A —> B —> A，變成1A —> 2B —> 3A。
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public class Test {private static AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(100);private static AtomicStampedReference atomicStampedReference = new AtomicStampedReference(100,1);public static void main(String[] args) throws InterruptedException {//AtomicIntegerThread at1 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {atomicInteger.compareAndSet(100,110);atomicInteger.compareAndSet(110,100);}});Thread at2 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {try {TimeUnit.SECONDS.sleep(2); // at1,執(zhí)行完} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("AtomicInteger:" + atomicInteger.compareAndSet(100,120));}});at1.start();at2.start();at1.join();at2.join();//AtomicStampedReferenceThread tsf1 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {try {//讓 tsf2先獲取stamp，導(dǎo)致預(yù)期時間戳不一致TimeUnit.SECONDS.sleep(2);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}// 預(yù)期引用：100，更新后的引用：110，預(yù)期標(biāo)識getStamp() 更新后的標(biāo)識getStamp() + 1atomicStampedReference.compareAndSet(100,110,atomicStampedReference.getStamp(),atomicStampedReference.getStamp() + 1);atomicStampedReference.compareAndSet(110,100,atomicStampedReference.getStamp(),atomicStampedReference.getStamp() + 1);}});Thread tsf2 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {int stamp = atomicStampedReference.getStamp();try {TimeUnit.SECONDS.sleep(2); //線程tsf1執(zhí)行完} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("AtomicStampedReference:" +atomicStampedReference.compareAndSet(100,120,stamp,stamp + 1));}});tsf1.start();tsf2.start();}}AQS（AbstractQueuedSynchronizer）
維護(hù)一個volatile int state（代表共享資源狀態(tài)）和一個FIFO線程等待隊(duì)列。
模板方法基本分為三類：
- 獨(dú)占鎖
- 共享鎖
- 釋放鎖
資源共享的方式
同步隊(duì)列
AQS依靠同步隊(duì)列（一個FIFO的雙向隊(duì)列）來完成同步狀態(tài)的管理。當(dāng)當(dāng)前線程獲取狀態(tài)失敗后，同步器會將當(dāng)前線程以及等待信息構(gòu)造成一個節(jié)點(diǎn)（Node），并嘗試將他加入到同步隊(duì)列。Head節(jié)點(diǎn)不保存等待的線程信息，僅通過next指向隊(duì)列中第一個保存等待線程信息的Node。
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雙向同步隊(duì)列
Node類
源碼（中字注釋）
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static final class Node {/** 代表共享模式 */static final Node SHARED = new Node();/** 代表獨(dú)占模式 */static final Node EXCLUSIVE = null;/** 以下四個狀態(tài)解釋見下文等待狀態(tài) */static final int CANCELLED = 1;static final int SIGNAL = -1;static final int CONDITION = -2;static final int PROPAGATE = -3;/** 標(biāo)識等待狀態(tài)，通過CAS操作更新，原子操作不會被打斷*/volatile int waitStatus;/** 當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的前置節(jié)點(diǎn) */volatile Node prev;/** 當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的后置節(jié)點(diǎn) */volatile Node next;/** 該節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的線程（未能獲取鎖，進(jìn)入等待的線程） */volatile Thread thread;/** 指向下一個在某個條件上等待的節(jié)點(diǎn)，或者指向 SHARE 節(jié)點(diǎn)，表明當(dāng)前處于共享模式*/Node nextWaiter;/*** 判斷是否處于共享模式*/final boolean isShared() {return nextWaiter == SHARED;}/** * 返回當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的前置節(jié)點(diǎn) * 會做對前置節(jié)點(diǎn)空值判斷 */final Node predecessor() throws NullPointerException {Node p = prev;if (p == null)throw new NullPointerException();elsereturn p;}Node() { // Used to establish initial head or SHARED marker}Node(Thread thread, Node mode) { // Used by addWaiterthis.nextWaiter = mode;this.thread = thread;}Node(Thread thread, int waitStatus) { // Used by Conditionthis.waitStatus = waitStatus;this.thread = thread;} }等待狀態(tài)：
等待狀態(tài)的修改是CAS原子操作
- CANCELED： 1，因?yàn)榈却瑫r （timeout）或者中斷（interrupt），節(jié)點(diǎn)會被置為取消狀態(tài)。處于取消狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)不會再去競爭鎖，也就是說不會再被阻塞。節(jié)點(diǎn)會一直保持取消狀態(tài)，而不會轉(zhuǎn)換為其他狀態(tài)。處于 CANCELED 的節(jié)點(diǎn)會被移出隊(duì)列，被 GC 回收。
- SIGNAL： -1，表明當(dāng)前的后繼結(jié)點(diǎn)正在或者將要被阻塞（通過使用 LockSupport.pack 方法），因此當(dāng)前的節(jié)點(diǎn)被釋放（release）或者被取消時（cancel）時，要喚醒它的后繼結(jié)點(diǎn)（通過 LockSupport.unpark 方法）。
- CONDITION： -2，表明當(dāng)前節(jié)點(diǎn)在條件隊(duì)列中，因?yàn)榈却硞€條件而被阻塞。
- PROPAGATE： -3，在共享模式下，可以認(rèn)為資源有多個，因此當(dāng)前線程被喚醒之后，可能還有剩余的資源可以喚醒其他線程。該狀態(tài)用來表明后續(xù)節(jié)點(diǎn)會傳播喚醒的操作。需要注意的是只有頭節(jié)點(diǎn)才可以設(shè)置為該狀態(tài)（This is set (for head node only) in doReleaseShared to ensure propagation continues, even if other operations have since intervened.）。
- 0：新創(chuàng)建的節(jié)點(diǎn)會處于這種狀態(tài)
鎖的獲取與釋放：
獲取獨(dú)占鎖
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獲取獨(dú)占鎖
- acquire方法
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public final void acquire(int arg) {// 首先嘗試獲取鎖，如果獲取失敗，會先調(diào)用 addWaiter 方法創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)并追加到隊(duì)列尾部// 然后調(diào)用 acquireQueued 阻塞或者循環(huán)嘗試獲取鎖if (!tryAcquire(arg) && acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)){// 在 acquireQueued 中，如果線程是因?yàn)橹袛喽顺龅淖枞麪顟B(tài)會返回 true// 這里的 selfInterrupt 主要是為了恢復(fù)線程的中斷狀態(tài)selfInterrupt();} }釋放獨(dú)占鎖
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釋放獨(dú)占鎖
? 在獨(dú)占模式中，鎖的釋放由于沒有其他線程競爭，相對簡單。鎖釋放失敗的原因是由于該線程本身不擁有鎖，而非多線程競爭。鎖釋放成功后會檢查后置節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)，找到合適的節(jié)點(diǎn)，調(diào)用unparkSuccessor方法喚醒該節(jié)點(diǎn)所關(guān)聯(lián)的線程。
- release方法
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public final boolean release(int arg) {if (tryRelease(arg)) {Node h = head;// waitStatus 為 0，證明是初始化的空隊(duì)列或者后繼結(jié)點(diǎn)已經(jīng)被喚醒了if (h != null && h.waitStatus != 0)unparkSuccessor(h);return true;}return false; }獲取共享鎖
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獲取共享鎖
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acquireShared方法
通過該方法可以申請鎖
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public final void acquireShared(int arg) {// 如果返回結(jié)果小于0，證明沒有獲取到共享資源if (tryAcquireShared(arg) < 0)doAcquireShared(arg); }- doAcquireShared
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private void doAcquireShared(int arg) {final Node node = addWaiter(Node.SHARED);boolean failed = true;try {boolean interrupted = false;for (;;) {final Node p = node.predecessor();if (p == head) {int r = tryAcquireShared(arg);if (r >= 0) {setHeadAndPropagate(node, r);p.next = null; // help GCif (interrupted)selfInterrupt();failed = false;return;}}if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&parkAndCheckInterrupt())interrupted = true;}} finally {if (failed)cancelAcquire(node);} }釋放共享鎖
作者：RealityVibe
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總結(jié)
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