CountDownLatch源碼解析之a(chǎn)wait()
CountDownLatch 源碼解析—— await()，具體內(nèi)容如下
上一篇文章說(shuō)了一下CountDownLatch的使用方法。這篇文章就從源碼層面說(shuō)一下await() 的原理。
我們已經(jīng)知道await 能夠讓當(dāng)前線程處于阻塞狀態(tài)，直到鎖存器計(jì)數(shù)為零（或者線程中斷）。
下面是它的源碼。
end.await();
↓
public void await() throws InterruptedException {
sync.acquireSharedInterruptibly(1);
}
sync 是CountDownLatch的內(nèi)部類。下面是它的定義。
private static final class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
...
}
它繼承了AbstractQueuedSynchronizer。AbstractQueuedSynchronizer 這個(gè)類在java線程中屬于一個(gè)非常重要的類。
它提供了一個(gè)框架來(lái)實(shí)現(xiàn)阻塞鎖，以及依賴FIFO等待隊(duì)列的相關(guān)同步器（比如信號(hào)、事件等）。
繼續(xù)走下去，就跳到 AbstractQueuedSynchronizer 這個(gè)類中。
sync.acquireSharedInterruptibly(1);
↓
public final void acquireSharedInterruptibly(int arg) //AbstractQueuedSynchronizer
throws InterruptedException {
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
if (tryAcquireShared(arg) < 0)
doAcquireSharedInterruptibly(arg);
}
這里有兩個(gè)判斷，首先判斷線程是否中斷，然后再進(jìn)行下一個(gè)判斷，這里我們主要看看第二個(gè)判斷。
protected int tryAcquireShared(int acquires) {
return (getState() == 0) ? 1 : -1;
}
需要注意的是 tryAcquireShared 這個(gè)方法是在Sync 中實(shí)現(xiàn)的。
AbstractQueuedSynchronizer 中雖然也有對(duì)它的實(shí)現(xiàn)，但是默認(rèn)的實(shí)現(xiàn)是拋一個(gè)異常。
tryAcquireShared 這個(gè)方法是用來(lái)查詢當(dāng)前對(duì)象的狀態(tài)是否能夠被允許獲取鎖。
我們可以看到Sync 中是通過(guò)判斷state 是否為0 來(lái)返回對(duì)應(yīng)的 int 值的。
那么 state 又代表什么？
/** * The synchronization state. */ private volatile int state;
上面代碼很清楚的表明 state 是表示同步的狀態(tài) 。
需要注意的是 state 使用 volatile 關(guān)鍵字修飾。
volatile 關(guān)鍵字能夠保證 state 的修改立即被更新到主存，當(dāng)有其他線程需要讀取時(shí)，會(huì)去內(nèi)存中讀取新值。
也就是保證了state的可見(jiàn)性。是最新的數(shù)據(jù)。
走到這里 state 是多少呢？
這里我們就需要看一看CountDownLatch 的 構(gòu)造函數(shù)了。
CountDownLatch end = new CountDownLatch(2);
↓
public CountDownLatch(int count) {
if (count < 0) throw new IllegalArgumentException("count < 0");
this.sync = new Sync(count);
}
↓
Sync(int count) {
setState(count);
}
原來(lái)構(gòu)造函數(shù)中的數(shù)字就是這個(gè)作用啊，用來(lái)set state 。
所以我們這里state == 2 了。tryAcquireShared 就返回 -1。進(jìn)入到下面
doAcquireSharedInterruptibly(arg);
↓
private void doAcquireSharedInterruptibly(int arg)
throws InterruptedException {
final Node node = addWaiter(Node.SHARED);
boolean failed = true;
try {
for (;;) {
final Node p = node.predecessor();
if (p == head) {
int r = tryAcquireShared(arg);
if (r >= 0) {
setHeadAndPropagate(node, r);
p.next = null; // help GC
failed = false;
return;
}
}
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
throw new InterruptedException();
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}
OK，這段代碼有點(diǎn)長(zhǎng)，里面還調(diào)用了幾個(gè)函數(shù)。我們一行一行的看。
第一行 出現(xiàn)了一個(gè)新的類 Node。
Node 是AQS（AbstractQueuedSynchronizer）類中的內(nèi)部類，定義了一種鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)。如下所示。
+------+ prev +-----+ +-----+ head | | <---- | | <---- | | tail +------+ +-----+ +-----+
千萬(wàn)記住這個(gè)結(jié)構(gòu)。
第一行代碼中還有一個(gè)方法 addWaiter(Node.SHARED) 。
addWaiter(Node.SHARED) //Node.SHARED 表示該結(jié)點(diǎn)處于共享模式
↓
private Node addWaiter(Node mode) {
Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
// Try the fast path of enq; backup to full enq on failure
Node pred = tail; // private transient volatile Node tail;
if (pred != null) {
node.prev = pred;
if (compareAndSetTail(pred, node)) {
pred.next = node;
return node;
}
}
enq(node);
return node;
}
首先是構(gòu)造了一個(gè)Node，將當(dāng)前的線程存進(jìn)去了，模式是共享模式。
tail 表示 這個(gè)等待隊(duì)列的隊(duì)尾，此刻是null. 所以 pred == null ，進(jìn)入到enq(node) ;
enq(node)
↓
private Node enq(final Node node) {
for (;;) {
Node t = tail;
if (t == null) { // Must initialize
if (compareAndSetHead(new Node()))
tail = head;
} else {
node.prev = t;
if (compareAndSetTail(t, node)) {
t.next = node;
return t;
}
}
}
}
同樣tail 為 null , 進(jìn)入到 compareAndSetHead 。
compareAndSetHead(new Node())
↓
/**
* CAS head field. Used only by enq.
*/
private final boolean compareAndSetHead(Node update) {
return unsafe.compareAndSwapObject(this, headOffset, null, update);
}
這是一個(gè)CAS操作，如果head 是 null 的話，等待隊(duì)列的 head 就會(huì)被設(shè)置為 update 的值，也就是一個(gè)新的結(jié)點(diǎn)。
tail = head; 那么此時(shí) tail 也不再是null了。進(jìn)入下一次的循環(huán)。
這次首先將node 的 prev 指針指向 tail ，然后通過(guò)一個(gè)CAS 操作將node 設(shè)置為尾部，并返回了隊(duì)列的 tail ，也就是 node 。
等待隊(duì)列的模型變化如下
+------+ prev +----------------+
head(tail) | | <---- node | currentThread |
+------+ +----------------+
↓
+------+ prev +----------------+
head | | <---- node(tail) | currentThread |
+------+ +----------------+
ok，到了這里await 方法 就返回了，是一個(gè) thread 等于當(dāng)前線程的Node。
返回到 doAcquireSharedInterruptibly(int arg) 中，進(jìn)入下面循環(huán)。
for (;;) {
final Node p = node.predecessor();
if (p == head) {
int r = tryAcquireShared(arg);
if (r >= 0) {
setHeadAndPropagate(node, r);
p.next = null; // help GC
failed = false;
return;
}
}
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
throw new InterruptedException();
}
這個(gè)時(shí)候假設(shè)state 仍然大于0，那么此時(shí) r < 0，所以進(jìn)入到 shouldParkAfterFailedAcquire 這個(gè)方法 。
shouldParkAfterFailedAcquire(p, node)
↓
private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
int ws = pred.waitStatus;
if (ws == Node.SIGNAL) //static final int SIGNAL = -1;
/*
* This node has already set status asking a release
* to signal it, so it can safely park.
*/
return true;
if (ws > 0) {
/*
* Predecessor was cancelled. Skip over predecessors and
* indicate retry.
*/
do {
node.prev = pred = pred.prev;
} while (pred.waitStatus > 0);
pred.next = node;
} else {
/*
* waitStatus must be 0 or PROPAGATE. Indicate that we
* need a signal, but don't park yet. Caller will need to
* retry to make sure it cannot acquire before parking.
*/
compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);
}
return false;
}
↓
/**
* CAS waitStatus field of a node.
*/
private static final boolean compareAndSetWaitStatus(Node node,
int expect,
int update) {
return unsafe.compareAndSwapInt(node, waitStatusOffset,
expect, update);
}
可以看到 shouldParkAfterFailedAcquire 也是一路走，走到 compareAndSetWaitStatus。
compareAndSetWaitStatus 將 prev 的 waitStatus 設(shè)置為 Node.SIGNAL 。
Node.SIGNAL 表示后續(xù)結(jié)點(diǎn)中的線程需要被unparking（類似被喚醒的意思）。該方法返回false。
經(jīng)過(guò)這輪循環(huán)，隊(duì)列模型變成下面狀態(tài)
+--------------------------+ prev +------------------+
head | waitStatus = Node.SIGNAL | <---- node(tail) | currentThread |
+--------------------------+ +------------------+
因?yàn)閟houldParkAfterFailedAcquire返回的是false，所以后面這個(gè)條件就不再看了。繼續(xù) for (;;) 中的循環(huán)。
如果state仍然大于0，再次進(jìn)入到 shouldParkAfterFailedAcquire。
這次因?yàn)閔ead 中的waitStatus 為 Node.SIGNAL ，所以 shouldParkAfterFailedAcquire 返回true。
這次就需要看parkAndCheckInterrupt 這個(gè)方法了。
private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
LockSupport.park(this);
return Thread.interrupted();
}
ok，線程沒(méi)有被中斷，所以，返回false。繼續(xù) for (;;) 中的循環(huán)。
如果state 一直大于0，并且線程一直未被中斷，那么就一直在這個(gè)循環(huán)中。也就是我們上篇文章說(shuō)的裁判一直不愿意宣布比賽結(jié)束的情況。
那么什么情況下跳出循環(huán)呢？也就是什么情況下state 會(huì) 小于0呢？ 下一篇文章 我將說(shuō)明。
總結(jié)一下，await() 方法 其實(shí)就是初始化一個(gè)隊(duì)列，將需要等待的線程（state > 0）加入一個(gè)隊(duì)列中，并用waitStatus 標(biāo)記后繼結(jié)點(diǎn)的線程狀態(tài)。
以上就是本文的全部?jī)?nèi)容，希望對(duì)大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。
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