CountDownLatch 源碼解析—— await()，具體內容如下
上一篇文章說了一下CountDownLatch的使用方法。這篇文章就從源碼層面說一下await() 的原理。
我們已經知道await 能夠讓當前線程處于阻塞狀態，直到鎖存器計數為零（或者線程中斷）。
下面是它的源碼。
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end.await(); ↓public void await() throws InterruptedException { sync.acquireSharedInterruptibly(1);} |
sync 是CountDownLatch的內部類。下面是它的定義。
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private static final class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer { ...} |
它繼承了AbstractQueuedSynchronizer。AbstractQueuedSynchronizer 這個類在java線程中屬于一個非常重要的類。
它提供了一個框架來實現阻塞鎖，以及依賴FIFO等待隊列的相關同步器（比如信號、事件等）。
繼續走下去，就跳到 AbstractQueuedSynchronizer 這個類中。
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sync.acquireSharedInterruptibly(1); ↓public final void acquireSharedInterruptibly(int arg) //AbstractQueuedSynchronizer throws InterruptedException { if (Thread.interrupted()) throw new InterruptedException(); if (tryAcquireShared(arg) < 0) doAcquireSharedInterruptibly(arg);} |
這里有兩個判斷，首先判斷線程是否中斷，然后再進行下一個判斷，這里我們主要看看第二個判斷。
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protected int tryAcquireShared(int acquires) { return (getState() == 0) ? 1 : -1;} |
需要注意的是 tryAcquireShared 這個方法是在Sync 中實現的。
AbstractQueuedSynchronizer 中雖然也有對它的實現，但是默認的實現是拋一個異常。
tryAcquireShared 這個方法是用來查詢當前對象的狀態是否能夠被允許獲取鎖。
我們可以看到Sync 中是通過判斷state 是否為0 來返回對應的 int 值的。
那么 state 又代表什么？
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/** * 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 。
需要注意的是 state 使用 volatile 關鍵字修飾。
volatile 關鍵字能夠保證 state 的修改立即被更新到主存，當有其他線程需要讀取時，會去內存中讀取新值。
也就是保證了state的可見性。是最新的數據。
走到這里 state 是多少呢？
這里我們就需要看一看CountDownLatch 的 構造函數了。
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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);} |
原來構造函數中的數字就是這個作用啊，用來set state 。
所以我們這里state == 2 了。tryAcquireShared 就返回 -1。進入到下面
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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，這段代碼有點長，里面還調用了幾個函數。我們一行一行的看。
第一行 出現了一個新的類 Node。
Node 是AQS（AbstractQueuedSynchronizer）類中的內部類，定義了一種鏈式結構。如下所示。
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+------+ prev +-----+ +-----+head | | <---- | | <---- | | tail +------+ +-----+ +-----+ |
千萬記住這個結構。
第一行代碼中還有一個方法 addWaiter(Node.SHARED) 。
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addWaiter(Node.SHARED) //Node.SHARED 表示該結點處于共享模式 ↓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;} |
首先是構造了一個Node，將當前的線程存進去了，模式是共享模式。
tail 表示 這個等待隊列的隊尾，此刻是null. 所以 pred == null ，進入到enq(node) ;
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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 , 進入到 compareAndSetHead 。
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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CAS操作，如果head 是 null 的話，等待隊列的 head 就會被設置為 update 的值，也就是一個新的結點。
tail = head; 那么此時 tail 也不再是null了。進入下一次的循環。
這次首先將node 的 prev 指針指向 tail ，然后通過一個CAS 操作將node 設置為尾部，并返回了隊列的 tail ，也就是 node 。
等待隊列的模型變化如下
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+------+ 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 thread 等于當前線程的Node。
返回到 doAcquireSharedInterruptibly(int arg) 中，進入下面循環。
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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();} |
這個時候假設state 仍然大于0，那么此時 r < 0，所以進入到 shouldParkAfterFailedAcquire 這個方法 。
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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 設置為 Node.SIGNAL 。
Node.SIGNAL 表示后續結點中的線程需要被unparking（類似被喚醒的意思）。該方法返回false。
經過這輪循環，隊列模型變成下面狀態
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+--------------------------+ prev +------------------+head | waitStatus = Node.SIGNAL | <---- node(tail) | currentThread | +--------------------------+ +------------------+ |
因為shouldParkAfterFailedAcquire返回的是false，所以后面這個條件就不再看了。繼續 for (;;) 中的循環。
如果state仍然大于0，再次進入到 shouldParkAfterFailedAcquire。
這次因為head 中的waitStatus 為 Node.SIGNAL ，所以 shouldParkAfterFailedAcquire 返回true。
這次就需要看parkAndCheckInterrupt 這個方法了。
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private final boolean parkAndCheckInterrupt() { LockSupport.park(this); return Thread.interrupted(); } |
ok，線程沒有被中斷，所以，返回false。繼續 for (;;) 中的循環。
如果state 一直大于0，并且線程一直未被中斷，那么就一直在這個循環中。也就是我們上篇文章說的裁判一直不愿意宣布比賽結束的情況。
那么什么情況下跳出循環呢？也就是什么情況下state 會 小于0呢？ 下一篇文章 我將說明。
總結一下，await() 方法 其實就是初始化一個隊列，將需要等待的線程（state > 0）加入一個隊列中，并用waitStatus 標記后繼結點的線程狀態。
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