Java同步器AQS架构怎么释放锁和同步队列

1. 概述

在Java并发编程中，AbstractQueuedSynchronizer（简称AQS）是一个非常重要的同步器框架。它为实现依赖于先进先出（FIFO）等待队列的阻塞锁和相关同步器（如信号量、事件等）提供了一个基础框架。AQS的核心思想是通过一个volatile的int类型的state变量来表示同步状态，并通过一个FIFO队列来管理等待线程。

本文将重点讨论AQS架构中如何释放锁以及同步队列的工作原理。

2. AQS的核心组件

2.1 同步状态（State）

AQS通过一个volatile的int类型的state变量来表示同步状态。不同的同步器可以根据需要定义state的含义。例如，在独占锁中，state通常表示锁的持有状态（0表示未锁定，1表示锁定）。

2.2 同步队列

AQS通过一个FIFO队列来管理等待线程。这个队列是一个双向链表，每个节点代表一个等待线程。队列中的节点分为两种模式：独占模式和共享模式。

3. 释放锁的过程

在AQS中，释放锁的过程主要涉及以下几个步骤：

3.1 修改同步状态

释放锁的第一步是修改同步状态state。对于独占锁来说，通常是将state从1改为0，表示锁已经被释放。

protected final boolean tryRelease(int releases) {
    int c = getState() - releases;
    if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
        throw new IllegalMonitorStateException();
    boolean free = false;
    if (c == 0) {
        free = true;
        setExclusiveOwnerThread(null);
    }
    setState(c);
    return free;
}

3.2 唤醒后继节点

在修改完同步状态后，AQS会尝试唤醒同步队列中的后继节点。这个过程是通过调用unparkSuccessor(Node node)方法来实现的。

private void unparkSuccessor(Node node) {
    int ws = node.waitStatus;
    if (ws < 0)
        compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);

    Node s = node.next;
    if (s == null || s.waitStatus > 0) {
        s = null;
        for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)
            if (t.waitStatus <= 0)
                s = t;
    }
    if (s != null)
        LockSupport.unpark(s.thread);
}

3.3 后继节点获取锁

被唤醒的后继节点会尝试获取锁。如果获取成功，则该节点会成为新的持有者，并从同步队列中移除。

final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
    boolean failed = true;
    try {
        boolean interrupted = false;
        for (;;) {
            final Node p = node.predecessor();
            if (p == head && tryAcquire(arg)) {
                setHead(node);
                p.next = null; // help GC
                failed = false;
                return interrupted;
            }
            if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                parkAndCheckInterrupt())
                interrupted = true;
        }
    } finally {
        if (failed)
            cancelAcquire(node);
    }
}

4. 同步队列的管理

4.1 节点入队

当一个线程尝试获取锁失败时，它会被包装成一个节点并加入到同步队列的尾部。

private Node addWaiter(Node mode) {
    Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
    Node pred = tail;
    if (pred != null) {
        node.prev = pred;
        if (compareAndSetTail(pred, node)) {
            pred.next = node;
            return node;
        }
    }
    enq(node);
    return node;
}

4.2 节点出队

当一个节点成功获取锁后，它会从同步队列中移除，并成为新的头节点。

private void setHead(Node node) {
    head = node;
    node.thread = null;
    node.prev = null;
}

5. 总结

AQS通过一个volatile的state变量和一个FIFO队列来管理同步状态和等待线程。释放锁的过程主要包括修改同步状态、唤醒后继节点以及后继节点获取锁。同步队列的管理则涉及节点的入队和出队操作。理解AQS的释放锁和同步队列的工作原理，对于深入掌握Java并发编程至关重要。

通过本文的介绍，希望读者能够对AQS的释放锁和同步队列有一个清晰的认识，并能够在实际开发中灵活运用。