关于java:阅读-JDK-8-源码AQS-中的共享模式

AbstractQueuedSynchronizer，简称 AQS，是一个用于构建锁和同步器的框架。
上一篇文章介绍了 AQS 的数据结构和独占模式的实现原理，本篇介绍 AQS 共享模式的实现原理。

独占模式下，只有有一个线程占有锁，其余线程试图获取该锁将无奈取得成功。
共享模式下，多个线程获取某个锁可能（但不是肯定）会获得成功。

共享模式下获取锁 / 资源，忽视中断

java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer#acquireShared

public final void acquireShared(int arg) {if (tryAcquireShared(arg) < 0)
        doAcquireShared(arg);
}

tryAcquireShared：获取共享锁 / 资源，获取失败则进入下一步。
doAcquireShared：进入同步队列中期待获取锁 / 资源。

尝试获取资源，具体资源获取形式交由自定义同步器实现。

java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer#tryAcquireShared

protected int tryAcquireShared(int arg) {throw new UnsupportedOperationException();
}

对于返回值：

正数：获取资源失败，筹备进入同步队列；
0：获取资源胜利，但没有残余可用资源；
负数：获取资源胜利，能够唤醒下一个期待线程；

进入同步队列，自旋判断是否能获取锁，否则进入阻塞。

/**
 * Acquires in shared uninterruptible mode.
 * @param arg the acquire argument
 */
private void doAcquireShared(int arg) {final Node node = addWaiter(Node.SHARED); // 在队列中退出共享模式的节点
    boolean failed = true;
    try {
        boolean interrupted = false;
        for (;;) {final Node p = node.predecessor();
            if (p == head) {int r = tryAcquireShared(arg);    // 如果上一个节点是头结点，则尝试获取共享资源，返回残余的资源数量
                if (r >= 0) {setHeadAndPropagate(node, r); // 设置以后节点为新的头节点（dummy node），并唤醒后继共享节点
                    p.next = null; // help GC     // 旧的头节点出队
                    if (interrupted)
                        selfInterrupt();
                    failed = false;
                    return;
                }
            }
            if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) && // 上一个节点不是头节点，须要判断是否进入阻塞：1. 不能进入阻塞，则重试获取锁。2. 进入阻塞
                parkAndCheckInterrupt())                 // 阻塞以后线程。当从阻塞中被唤醒时，检测以后线程是否已中断，并革除中断状态。接着持续重试获取锁。interrupted = true;                      // 标记以后线程已中断
        }
    } finally {if (failed)
            cancelAcquire(node);
    }
}

共享模式的 doAcquireShared 办法，与独占模式的 acquireQueued 相似，节点退出同步队列之后进行自旋，执行两个判断：

是否获取锁
是否进入阻塞

不同的中央是：

acquireQueued 中应用 setHead 设置头节点；
doAcquireShared 应用 setHeadAndPropagate 设置头节点之后，须要判断是否唤醒后继节点。

也就是说：

共享模式，获取锁胜利，或者开释锁胜利，都须要告诉后继节点。
独占模式，开释锁胜利，才须要告诉后继节点。

将以后节点设置为新的头节点。
如果共享资源有亏损，唤醒后续期待中的共享节点。

/**
 * Sets head of queue, and checks if successor may be waiting
 * in shared mode, if so propagating if either propagate > 0 or
 * PROPAGATE status was set.
 *
 * @param node the node
 * @param propagate the return value from a tryAcquireShared    // 共享资源的残余数量
 */
private void setHeadAndPropagate(Node node, int propagate) {
    Node h = head; // Record old head for check below
    setHead(node);
    // 判断是否唤醒后继节点
    if (propagate > 0 || h == null || h.waitStatus < 0 || // 若无残余资源，则校验旧的头节点 h 的状态（PROPAGATE 或 SIGNAL，均 <0）(h = head) == null || h.waitStatus < 0) {         // 若其余线程批改了 head，取新 head 作为前继节点来校验
        Node s = node.next;
        if (s == null || s.isShared()) // node.next != null 时，这里限度了只会唤醒共享节点！doReleaseShared(); // 唤醒后继节点}
}

如果满足下列条件能够尝试唤醒下一个节点：

有残余资源(propagate > 0)，或者头节点的状态是 PROPAGATE（waitStatus < 0）
后继节点是期待中的共享节点，或者后继节点为空

可能会造成不必要的唤醒，然而个别产生在大量地抢夺 acquires/releases 之时，而这种状况下，线程早晚都会被唤醒。

唤醒后继节点（共享模式下，以后线程获取锁胜利、开释锁之后，都可能会调用该办法）。

留神：头节点是共享节点，然而这个办法不会辨别后继节点是否是共享节点。

java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer#doReleaseShared

/**
 * Release action for shared mode -- signals successor and ensures
 * propagation. (Note: For exclusive mode, release just amounts
 * to calling unparkSuccessor of head if it needs signal.)
 */
// 共享模式下的 release 操作：在足够的资源下，唤醒后继节点，流传信息（资源亏损，可共享）// 互斥模式下的 release 操作：只会唤醒队列头部须要唤醒的一个后继节点（见 AbstractQueuedSynchronizer#unparkSuccessor）private void doReleaseShared() {for (;;) {
        Node h = head;
        if (h != null && h != tail) {    // 头节点不为空，且具备后继节点
            int ws = h.waitStatus;
            if (ws == Node.SIGNAL) {     // 如果头节点状态是 SIGNAL，尝试改为 0
                if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0))
                    continue;            // loop to recheck cases // CAS 失败，从新自旋
                unparkSuccessor(h);      // 唤醒 head 的后继节点
            }
            else if (ws == 0 &&          // 如果头节点状态是 0，尝试改为 PROPAGATE。!compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE)) 
                continue;                // loop on failed CAS // CAS 失败，从新自旋
        }
        if (h == head)                   // loop if head changed // 校验头节点是否发生变化，若变动了则从新校验最新头节点的状态
            break;
    }
}

代码流程：

每次自旋都获取最新的头节点 head，如果 head 不为空，且具备后继节点，则进入下一步判断。
SIGNAL → 0：如果头节点状态是 SIGNAL（阐明后继节点阻塞中，期待唤醒）：
① 改为 0 失败，从新自旋；
② 改为 0 胜利，唤醒后继节点，进入第 4 步。
0 → PROPAGATE：如果头节点状态是 0（后继节点自旋中未阻塞，或者后继节点已勾销）：
① 改为 PROPAGATE 失败，从新自旋；
② 改为 PROPAGATE 胜利，进入第 4 步。
批改头节点状态胜利（SIGNAL → 0 或 0 → PROPAGATE），如果该过程中头节点没有发生变化，完结自旋。

对于 PROPAGATE 状态

为什么 以后节点状态由 0 改为 PROPAGATE 失败，须要持续自旋？

后继节点在同步队列中自旋时，执行 shouldParkAfterFailedAcquire 看到前继节点状态是 0 或 PROPAGATE，都会改为 SIGNAL。
所以这里 CAS 失败，可能是后继节点的批改造成的，须要从新校验以后节点状态。
若下一次查看到以后节点状态为 SIGNAL，即可唤醒后继节点。

为什么 以后节点状态由 0 改为 PROPAGATE 胜利，就不再唤醒后继节点了呢？

只有 SIGNAL 才须要被动唤醒后继节点。
以后节点的状态从 0 设为 PROPAGATE，此时后继节点可能是在同步队列中自旋中，并未阻塞，无需唤醒；也有可能后继节点已勾销，也无需唤醒。
以后节点设置状态为 PROPAGATE 之后，若处于自旋之中的后继节点获取锁胜利（见 doAcquireShared）之后，因为头节点状态为 PROPAGATE < 0（见 setHeadAndPropagate），会持续唤醒向下一个节点。

共享模式下开释锁 / 资源

java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer#releaseShared

public final boolean releaseShared(int arg) {if (tryReleaseShared(arg)) { // 开释共享锁 / 资源
        doReleaseShared(); // 开释锁 / 资源胜利，唤醒队列中的期待节点
        return true;
    }
    return false;
}

tryReleaseShared：尝试开释共享锁 / 资源，开释胜利则进入下一步。
doReleaseShared：开释锁 / 资源胜利，唤醒队列中的期待节点。

java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer#tryReleaseShared

protected boolean tryReleaseShared(int arg) {throw new UnsupportedOperationException();
}

相干浏览：
浏览 JDK 8 源码：AQS 中的独占模式
浏览 JDK 8 源码：AQS 中的共享模式
浏览 JDK 8 源码：AQS 对 Condition 的实现

作者：Sumkor

关于java:阅读-JDK-8-源码AQS-中的共享模式

1. 共享模式

1.1 获取锁 -acquireShared

1.1.1 tryAcquireShared

1.1.2 doAcquireShared

setHeadAndPropagate

doReleaseShared

1.2 开释锁 -releaseShared