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》》》归属专栏：《高并发的暴力美学》

一、前情概要

多线程大师 DougLea被称为 世界上对Java影响力最大的个人，这个鼻梁挂着眼镜，留着德王威廉二世的胡子，脸上永久挂着谦逊腼腆笑脸，服务于纽约州立大学Oswego分校计算机科学系的老大爷。

【自省】你可思考过 AQS 中的同步队列为何这样设计？

本篇是学习 DougLea大师的论文《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》 JUC 同步器框架（AQS 框架）原文翻译 ，并结合对 AQS 的源码的整理后的形成的一些考虑总结，记载下来。在对 AQS 的 ReentrantLock 的源码阅读分析后，也整理出了核心流程脑图 ，感兴趣的 》》》【点击查看脑图】。

本篇是自省的办法来整理论文原文，非学术那么严谨，意图是为了更便利了解其规划与完成，如对 AQS 不太了解，也能够直接阅读本篇，但需求耐性。若是对 AQS 比较熟悉，那更欢迎阅读本篇，很等候读者教师的沟通指正。

二、概念认知对齐

2.1 互斥

互斥，是让线程交替履行一段代码，而不能一起履行；换一个说法便是线程抢到锁后就履行同步代码，抢不到锁（同步状况）就不能履行同步代码，只能等候；而等候能够表现出 3 种办法：

  • 争夺不到锁，线程休眠等候
  • 争夺不到锁，线程自旋等候
  • 争夺不到锁，线程先自旋等候一瞬间，不行再休眠等候(AQS 的做法)

2.2 AQS 中锁的要害特征描述

1）锁状况

在 AQS 中锁状况，运用 int 类型的状况变量来记载，通过 CAS 操作来修改其值；

  • 0表明无锁
  • 1表明加锁
  • >1 表明重入，重入时履行++操作，记载重入次数
  • 释放锁时履行--操作，直到减到0才表明锁被彻底释放，可被其他线程抢占

2）休眠与唤醒

休眠和唤醒运用unsafe中的park（休眠线程）和unpark（唤醒线程）办法。

3）自旋

自旋运用for循环，循环次数是有限的。

4）等候

等候运用双向行列的结构来完成排队等候的作用，不能插队的形式是公正形式，可插队形式对错公正形式。

三、单向行列的需求及规划的考虑

从原文这一段开端：

在原始版别的 CLH 锁中，节点间乃至都没有互相链接。自旋锁中，pred 变量能够是一个局部变量。但是，Scott 和 Scherer 证明了通过在节点中显式地维护前驱节点，CLH 锁就能够处理“超时”和各种形式的“撤销”：假如一个节点的前驱节点撤销了，这个节点就能够滑动去运用前面一个节点的状况字段。

了解原文：【单向行列】能够比较简单的处理超时和撤销恳求，在行列的组织结构下，前一个恳求节点由于撤销或许超时而变得作废无效后，后边的恳求有往前推进需求和能力，能够把无效的恳求节点移除行列，以便让处于存活有效状况的向前移动。

  • 问题：为什么选择 tail 向 head 方向（pre 链路）？

    从tail到head，即pre方向更自然，队末的更有需求让部队往前走，由于自己的事还没办；队首的自己的事已经办完了，后边排队的跟自己关系不大。

    幻想一下实际开车时的超车状况：你要往前走，前车若因异常（类比线程超时、撤销状况）不能行进，你在后边能感知到，由于有持续前行的需求，你会绕开持续前行。但若是你的后车有问题，你应该是不管的吧。

  • 问题： 自旋修改为自旋+堵塞

    1. 原文说：

      第二个对 CLH 行列首要的修改是将每个节点都有的状况字段用于操控堵塞而非自旋”，… “撤销”状况必须存在于状况字段中”。

    这句话的要害之处在于【把面向自旋的规划修改为了面向堵塞】，自旋的规划要了解的要害点在于：每一个节点的“释放”状况，是保存在其前驱节点中；因而，自旋锁的“自旋”操作就如下：

    while (pred.status != RELEASED); //自旋后的出队操作只需将head字段指向刚刚得到锁的节点：
head = node;

    但是全部是自旋挺糟蹋 CPU ，所以考虑修改成堵塞试试：

    while (pred.status  != RELEASED){
  堵塞休眠
}

    但让所有线程节点一上来看到状况不满足，就堵塞也不合适；比方第一个排队的，跟其他后续排队的状况不同，关于第一个排队的，其前边的或许已经或许很快就结束，这种状况下最好先自旋几回测验去抢锁，假如没抢成功再堵塞，而其他后续排队的节点一看前边有排队的了，自己则能够直接排队堵塞。

    原文中”查看当时节点的前驱是否为head来确认权限”也是这个意思，即不用判断前驱节点的release状况，只需求判断是不是head，是head就测验竞赛锁，不是head就堵塞（park）排队，等着被唤醒。

四、变成双向行列的需求及规划的考虑

  • 问题：为什么要变成双向行列？

    线程拿不到锁会排队等候，当时边线程释放锁之后，后续就需求【被唤醒】持续作业。【那怎么唤醒后继的节点】，前边说到 行列被规划为tail -> head方向的链路，假如从tail顺着pre往head方向一直盯着，总能感知到是否轮到自己了，但这样性能不高，能够优化一下，若释放锁的节点能直接找到自己的后继节点，通知它拿锁干活儿就会更便利。所以添加 next 方向，行列就变成了双向。

    但是双向的链路操控并非原子性的，总得有取舍，AQS 采纳确保pre方向及时有效，next方向略有推迟，所以，在next方向找不到的状况下，会测验从tail沿着pre方向往前找一下。

  • 问题： 后继节点怎么堵塞，怎么唤醒?

    当时节点release后，后继节点或许正在自旋竞赛锁，这种状况下没有必要去唤醒它（尽管unpark唤醒操作也不会出错，但也是有本钱的）；出于本钱考虑再优化一下，在休眠之前，最好给前驱节点个“唤醒（signal me）”自己的信号。

    所以线程调用park前，给前驱节点设置一个“唤醒（signal me）”标志，并再测验一次去拿锁，假如竞赛到了锁，就避免了一次不必要的堵塞；假如竞赛不到锁，才去真的休眠。

  • 问题：行列为何是推迟初始化？

    只要一个线程的时分，或许多个线程之间是交替履行，且线程的履行在时序无重叠，这种状况下，线程都不需求排队，只需求判断同步状况，修改同步状况；因而行列是在首次需求的时分才进行初始化（构建一个虚拟节点，head和tail都指向它）。

  • 问题：公正与非公正是排队策略不同？

    • 非公正：插队形式，往队首插队，插不进去，才追加到队尾。
    • 公正：不行插队形式，到队尾排队。

四、最后说一句

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