CountDownLatch源码解析之await()
CountDownLatch源码解析——await(),具体内容如下
上一篇文章说了一下CountDownLatch的使用方法。这篇文章就从源码层面说一下await()的原理。
我们已经知道await能够让当前线程处于阻塞状态,直到锁存器计数为零(或者线程中断)。
下面是它的源码。
end.await(); ↓ publicvoidawait()throwsInterruptedException{ sync.acquireSharedInterruptibly(1); }
sync是CountDownLatch的内部类。下面是它的定义。
privatestaticfinalclassSyncextendsAbstractQueuedSynchronizer{ ... }
它继承了AbstractQueuedSynchronizer。AbstractQueuedSynchronizer这个类在java线程中属于一个非常重要的类。
它提供了一个框架来实现阻塞锁,以及依赖FIFO等待队列的相关同步器(比如信号、事件等)。
继续走下去,就跳到AbstractQueuedSynchronizer这个类中。
sync.acquireSharedInterruptibly(1); ↓ publicfinalvoidacquireSharedInterruptibly(intarg)//AbstractQueuedSynchronizer throwsInterruptedException{ if(Thread.interrupted()) thrownewInterruptedException(); if(tryAcquireShared(arg)<0) doAcquireSharedInterruptibly(arg); }
这里有两个判断,首先判断线程是否中断,然后再进行下一个判断,这里我们主要看看第二个判断。
protectedinttryAcquireShared(intacquires){ return(getState()==0)?1:-1; }
需要注意的是tryAcquireShared这个方法是在Sync中实现的。
AbstractQueuedSynchronizer中虽然也有对它的实现,但是默认的实现是抛一个异常。
tryAcquireShared这个方法是用来查询当前对象的状态是否能够被允许获取锁。
我们可以看到Sync中是通过判断state是否为0来返回对应的int值的。
那么state又代表什么?
/** *Thesynchronizationstate. */ privatevolatileintstate;
上面代码很清楚的表明state是表示同步的状态。
需要注意的是state使用volatile关键字修饰。
volatile关键字能够保证state的修改立即被更新到主存,当有其他线程需要读取时,会去内存中读取新值。
也就是保证了state的可见性。是最新的数据。
走到这里state是多少呢?
这里我们就需要看一看CountDownLatch的构造函数了。
CountDownLatchend=newCountDownLatch(2); ↓ publicCountDownLatch(intcount){ if(count<0)thrownewIllegalArgumentException("count<0"); this.sync=newSync(count); } ↓ Sync(intcount){ setState(count); }
原来构造函数中的数字就是这个作用啊,用来setstate。
所以我们这里state==2了。tryAcquireShared就返回-1。进入到下面
doAcquireSharedInterruptibly(arg); ↓ privatevoiddoAcquireSharedInterruptibly(intarg) throwsInterruptedException{ finalNodenode=addWaiter(Node.SHARED); booleanfailed=true; try{ for(;;){ finalNodep=node.predecessor(); if(p==head){ intr=tryAcquireShared(arg); if(r>=0){ setHeadAndPropagate(node,r); p.next=null;//helpGC failed=false; return; } } if(shouldParkAfterFailedAcquire(p,node)&& parkAndCheckInterrupt()) thrownewInterruptedException(); } }finally{ if(failed) cancelAcquire(node); } }
OK,这段代码有点长,里面还调用了几个函数。我们一行一行的看。
第一行出现了一个新的类Node。
Node是AQS(AbstractQueuedSynchronizer)类中的内部类,定义了一种链式结构。如下所示。
+------+prev+-----++-----+ head||<----||<----||tail +------++-----++-----+
千万记住这个结构。
第一行代码中还有一个方法addWaiter(Node.SHARED)。
addWaiter(Node.SHARED)//Node.SHARED表示该结点处于共享模式 ↓ privateNodeaddWaiter(Nodemode){ Nodenode=newNode(Thread.currentThread(),mode); //Trythefastpathofenq;backuptofullenqonfailure Nodepred=tail;//privatetransientvolatileNodetail; if(pred!=null){ node.prev=pred; if(compareAndSetTail(pred,node)){ pred.next=node; returnnode; } } enq(node); returnnode; }
首先是构造了一个Node,将当前的线程存进去了,模式是共享模式。
tail表示这个等待队列的队尾,此刻是null.所以pred==null,进入到enq(node);
enq(node) ↓ privateNodeenq(finalNodenode){ for(;;){ Nodet=tail; if(t==null){//Mustinitialize if(compareAndSetHead(newNode())) tail=head; }else{ node.prev=t; if(compareAndSetTail(t,node)){ t.next=node; returnt; } } } }
同样tail为null,进入到compareAndSetHead。
compareAndSetHead(newNode()) ↓ /** *CASheadfield.Usedonlybyenq. */ privatefinalbooleancompareAndSetHead(Nodeupdate){ returnunsafe.compareAndSwapObject(this,headOffset,null,update); }
这是一个CAS操作,如果head是null的话,等待队列的head就会被设置为update的值,也就是一个新的结点。
tail=head; 那么此时tail也不再是null了。进入下一次的循环。
这次首先将node的prev指针指向tail,然后通过一个CAS操作将node设置为尾部,并返回了队列的tail,也就是node。
等待队列的模型变化如下
+------+prev+----------------+ head(tail)||<----node|currentThread| +------++----------------+ ↓ +------+prev+----------------+ head||<----node(tail)|currentThread| +------++----------------+
ok,到了这里await方法就返回了,是一个thread等于当前线程的Node。
返回到doAcquireSharedInterruptibly(intarg)中,进入下面循环。
for(;;){ finalNodep=node.predecessor(); if(p==head){ intr=tryAcquireShared(arg); if(r>=0){ setHeadAndPropagate(node,r); p.next=null;//helpGC failed=false; return; } } if(shouldParkAfterFailedAcquire(p,node)&& parkAndCheckInterrupt()) thrownewInterruptedException(); }
这个时候假设state仍然大于0,那么此时r<0,所以进入到shouldParkAfterFailedAcquire这个方法。
shouldParkAfterFailedAcquire(p,node) ↓ privatestaticbooleanshouldParkAfterFailedAcquire(Nodepred,Nodenode){ intws=pred.waitStatus; if(ws==Node.SIGNAL)//staticfinalintSIGNAL=-1; /* *Thisnodehasalreadysetstatusaskingarelease *tosignalit,soitcansafelypark. */ returntrue; if(ws>0){ /* *Predecessorwascancelled.Skipoverpredecessorsand *indicateretry. */ do{ node.prev=pred=pred.prev; }while(pred.waitStatus>0); pred.next=node; }else{ /* *waitStatusmustbe0orPROPAGATE.Indicatethatwe *needasignal,butdon'tparkyet.Callerwillneedto *retrytomakesureitcannotacquirebeforeparking. */ compareAndSetWaitStatus(pred,ws,Node.SIGNAL); } returnfalse; } ↓ /** *CASwaitStatusfieldofanode. */ privatestaticfinalbooleancompareAndSetWaitStatus(Nodenode, intexpect, intupdate){ returnunsafe.compareAndSwapInt(node,waitStatusOffset, expect,update); }
可以看到shouldParkAfterFailedAcquire 也是一路走,走到compareAndSetWaitStatus。
compareAndSetWaitStatus将prev的waitStatus设置为Node.SIGNAL。
Node.SIGNAL表示后续结点中的线程需要被unparking(类似被唤醒的意思)。该方法返回false。
经过这轮循环,队列模型变成下面状态
+--------------------------+prev+------------------+ head|waitStatus=Node.SIGNAL|<----node(tail)|currentThread| +--------------------------++------------------+
因为shouldParkAfterFailedAcquire返回的是false,所以后面这个条件就不再看了。继续for(;;) 中的循环。
如果state仍然大于0,再次进入到shouldParkAfterFailedAcquire。
这次因为head中的waitStatus为Node.SIGNAL,所以shouldParkAfterFailedAcquire返回true。
这次就需要看parkAndCheckInterrupt这个方法了。
privatefinalbooleanparkAndCheckInterrupt(){ LockSupport.park(this); returnThread.interrupted(); }
ok,线程没有被中断,所以,返回false。继续for(;;) 中的循环。
如果state一直大于0,并且线程一直未被中断,那么就一直在这个循环中。也就是我们上篇文章说的裁判一直不愿意宣布比赛结束的情况。
那么什么情况下跳出循环呢?也就是什么情况下state会小于0呢?下一篇文章我将说明。
总结一下,await() 方法其实就是初始化一个队列,将需要等待的线程(state>0)加入一个队列中,并用waitStatus标记后继结点的线程状态。
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