3.4 Template Method
AbstractQueuedSynchronizer提供了以下幾個protected方法用于子類改寫
protected boolean tryAcquire(int arg)
protected boolean tryRelease(int arg)
protected int tryAcquireShared(int arg)
protected boolean tryReleaseShared(int arg)
protected boolean isHeldExclusively()
這幾個方法的默認(rèn)實現(xiàn)是拋出UnsupportedOperationException，子類可以根據(jù)需要進(jìn)行改寫。
AbstractQueuedSynchronizer中最基本的acquire流程的相關(guān)代碼如下：
public final void acquire(int arg) {
if (!tryAcquire(arg) &&
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();
}
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);
}
}
如果tryAcquire失敗，那么當(dāng)前線程可能會被enqueue到WaitQueue，然后被阻塞。 shouldParkAfterFailedAcquire方法會確保每個線程在被阻塞之前，其對應(yīng)WaitQueue中的節(jié)點的waitStatus被設(shè)置為Node.SIGNAL（-1），以便在release時避免不必要的unpark操作。此外shouldParkAfterFailedAcquire還會清理WaitQueue中已經(jīng)超時或者取消的Node。需要注意的是，在某個線程最終被阻塞之前，tryAcquire可能會被多次調(diào)用。
AbstractQueuedSynchronizer中最基本的release流程的相關(guān)代碼如下：
public final boolean release(int arg) {
if (tryRelease(arg)) {
Node h = head;
if (h != null && h.waitStatus != 0)
unparkSuccessor(h);
return true;
}
return false;
}
private void unparkSuccessor(Node node) {
/*
* If status is negative (i.e., possibly needing signal) try
* to clear in anticipation of signalling. It is OK if this
* fails or if status is changed by waiting thread.
*/
int ws = node.waitStatus;
if (ws < 0)
compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);
/*
* Thread to unpark is held in successor, which is normally
* just the next node. But if cancelled or apparently null,
* traverse backwards from tail to find the actual
* non-cancelled successor.
*/
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);
}
release方法中，總是總head節(jié)點開始向后查找sucessor。只有當(dāng)該sucessor的waitStatus被設(shè)置的情況下才會調(diào)用unparkSuccessor。unparkSuccessor方法中首先清除之前設(shè)置的Node.waitStatus，然后向后查找并且喚醒第一個需要被喚醒的sucessor。需要注意的是，if (s == null || s.waitStatus > 0)這個分支中，查找是從tail節(jié)點開始，根據(jù)prev引用向前進(jìn)行。在Inside AbstractQueuedSynchronizer (2)
中提到過，Node.next為null并不一定意味著沒有sucessor，雖然WaitQueue是個雙向鏈表，但是根據(jù)next引用向后查找sucessor不靠譜，而根據(jù)prev引用向前查找predecessor總是靠譜。
3.5 Fairness
到目前為止我們已經(jīng)知道，WaitQueue是個FIFO的隊列，喚醒也總是從head開始。但是AbstractQueuedSynchronizer卻并不一定是公平的（實際上，大多數(shù)情況下都是在非公平模式下工作）。如果在看一遍acquire方法會發(fā)現(xiàn)，tryAcquire的調(diào)用順序先于acquireQueued，也就是說后來的線程可能在等待中的線程之前acquire成功。這種場景被稱為barging FIFO strategy，它能提供更高的吞吐量。
大多數(shù)AbstractQueuedSynchronizer的子類都同時提供了公平和非公平的實現(xiàn)，例如ReentrantLock提供了NonfairSync和FairSync。例如其FairSync的tryAcquire方法如下：
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
final Thread current = Thread.currentThread();
int c = getState();
if (c == 0) {
if (!hasQueuedPredecessors() &&
compareAndSetState(0, acquires)) {
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
}
}
else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
int nextc = c + acquires;
if (nextc < 0)
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
setState(nextc);
return true;
}
return false;
}
tryAcquire方法返回true的條件之一是!hasQueuedPredecessors() 。hasQueuedPredecessors的代碼如下：
public final boolean hasQueuedPredecessors() {
// The correctness of this depends on head being initialized
// before tail and on head.next being accurate if the current
// thread is first in queue.
Node t = tail; // Read fields in reverse initialization order
Node h = head;
Node s;
return h != t &&
((s = h.next) == null || s.thread != Thread.currentThread());
}
綜上， FairSync優(yōu)先確保等待中線程先acquire成功。但是公平性也不是絕對的：在一個多線程并發(fā)的環(huán)境下，就算鎖的獲取是公平的，也不保證后續(xù)的其它處理過程的先后順序。
既然默認(rèn)情況下使用的都是NonfairSync，那么FairSync適合什么樣的場景呢？如果被鎖所保護(hù)的代碼段的執(zhí)行時間比較長，而應(yīng)用又不能接受線程饑餓（NonfairSync可能會導(dǎo)致雖然某個線程長時間排隊，但是仍然無法獲得鎖的情況）的場景下可以考慮使用FairSync。對于ReentrantLock，在其構(gòu)造函數(shù)中傳入true，即可構(gòu)造一把公平鎖。