AQS-钩子方法

钩子方法是 AQS 留给子类定义同步语义 的扩展点。它们全部声明为 protected，由模板方法在特定时机回调。以下对五个核心钩子方法逐一进行源码级剖析。

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一、独占模式钩子

1. tryAcquire(int arg)

属性	说明
调用者	acquire / acquireInterruptibly / tryAcquireNanos
参数	arg：期望获取的资源数量（通常为 1）
返回值	true 表示获取成功；false 表示获取失败
副作用	成功时通常需要修改 state 并设置独占线程

实现要点：

• 必须非阻塞 ，通常用 if-else 判断并立即返回。
• 修改 state 时必须使用 compareAndSetState（除重入场景外）。
• 需正确处理重入：若当前线程已独占资源，则增加计数。

📝 ReentrantLock 非公平锁实现：

protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
    final Thread current = Thread.currentThread();
    int c = getState();
    if (c == 0) {
        // 无锁：CAS 抢占
        if (compareAndSetState(0, acquires)) {
            setExclusiveOwnerThread(current);
            return true;
        }
    }
    else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
        // 重入：计数累加（无需 CAS，单线程安全）
        int nextc = c + acquires;
        if (nextc < 0) throw new Error("Maximum lock count exceeded");
        setState(nextc);
        return true;
    }
    return false;
}

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2. tryRelease(int arg)

属性	说明
调用者	release
参数	arg：期望释放的资源数量（通常为 1）
返回值	true 表示资源已完全释放 （state == 0）；false 表示仍持有资源
副作用	减少 state，完全释放时清除独占线程

实现要点：

• 该方法由持有锁的线程单线程调用 ，因此不需要 CAS ，直接用 setState。
• 需先检查调用者是否为持有者，否则抛出 IllegalMonitorStateException。
• 仅当 state 减至 0 时返回 true，触发 AQS 唤醒后继节点。

📝 ReentrantLock.Sync 实现：

protected final boolean tryRelease(int releases) {
    int c = getState() - releases;
    if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
        throw new IllegalMonitorStateException();
    boolean free = false;
    if (c == 0) {
        free = true;
        setExclusiveOwnerThread(null);
    }
    setState(c);
    return free;
}

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二、共享模式钩子

3. tryAcquireShared(int arg)

属性	说明
调用者	acquireShared / acquireSharedInterruptibly / tryAcquireSharedNanos
参数	arg：期望获取的资源数量
返回值	负值 ：获取失败；0 或正值 ：获取成功，数值表示获取后仍剩余的资源数
副作用	成功时 CAS 扣减 state

实现要点：

• 必须使用 CAS 循环 扣减 state。
• 返回值直接影响 AQS 是否进行链式唤醒 ：若 > 0，AQS 会继续唤醒后续共享节点。

📝 Semaphore 非公平实现：

final int nonfairTryAcquireShared(int acquires) {
    for (;;) {
        int available = getState();
        int remaining = available - acquires;
        if (remaining < 0 || compareAndSetState(available, remaining))
            return remaining;
    }
}

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4. tryReleaseShared(int arg)

属性	说明
调用者	releaseShared
参数	arg：期望释放的资源数量
返回值	true 表示释放成功且状态已变更（可能从 0 变为正数），需要唤醒等待者
副作用	CAS 增加 state

实现要点：

• 必须使用 CAS 循环 增加 state，因为释放操作可能由多个线程并发执行。
• 返回 true 时，AQS 会执行 doReleaseShared() 唤醒等待线程。

📝 Semaphore 实现：

protected final boolean tryReleaseShared(int releases) {
    for (;;) {
        int current = getState();
        int next = current + releases;
        if (next < current) throw new Error("Maximum permit count exceeded");
        if (compareAndSetState(current, next))
            return true;
    }
}

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三、查询钩子

5. isHeldExclusively()

属性	说明
调用者	AQS 内部条件队列（ConditionObject）及诊断方法（如 hasQueuedThreads）
返回值	true 表示当前线程独占持有同步器
副作用	仅查询，不修改状态

实现要点：

• 通常通过比较 getExclusiveOwnerThread() 与 Thread.currentThread() 实现。
• 用于 Condition.await() 前置检查：若未持有锁却调用 await，则抛出 IllegalMonitorStateException。

📝 ReentrantLock.Sync 实现：

protected final boolean isHeldExclusively() {
    return getExclusiveOwnerThread() == Thread.currentThread();
}

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四、钩子方法决策矩阵

钩子方法	模式	调用时机	核心问题	修改 state	是否 CAS
tryAcquire	独占	尝试获取锁时	现在能独占吗？	0 → 1 / 累加重入	是（重入除外）
tryRelease	独占	释放锁时	完全释放了吗？	递减，归零时清空	否（单线程）
tryAcquireShared	共享	尝试获取共享资源时	能获取吗？剩多少？	扣减	是
tryReleaseShared	共享	释放共享资源时	资源增加了吗？	增加	是
isHeldExclusively	独占	条件检查时	当前线程是持有者吗？	只读	---

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五、钩子方法与模板方法的交互时序

以共享模式获取为例，展示 tryAcquireShared 如何嵌入模板流程：

sequenceDiagram participant T as 线程 participant TM as acquireShared(模板) participant HK as tryAcquireShared(钩子) participant Q as CLH队列 T->>TM: acquireShared(1) TM->>HK: 1. tryAcquireShared(1) HK-->>TM: 返回 remaining alt remaining >= 0 TM-->>T: 直接成功 else remaining < 0 TM->>Q: 2. addWaiter(SHARED) loop 自旋 Q->>HK: 前驱为head时再次 tryAcquireShared HK-->>Q: remaining alt remaining >= 0 Q->>Q: setHeadAndPropagate (若remaining>0则继续唤醒) Q-->>T: 成功返回 else Q->>Q: park阻塞 end end end

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六、设计钩子方法的目的再总结

1. 分离变化与不变：将不可变的排队、阻塞、唤醒算法固定于模板方法，将可变的资源判定逻辑开放给钩子。
2. 强制无锁化语义 ：钩子方法不声明 synchronized，强制子类使用 CAS，保证整个 AQS 框架的无锁高性能特性。
3. 最小化实现成本：开发者仅需 5~20 行代码实现钩子，即可获得一个功能完整的同步器。
4. 防御性保护 ：钩子为 protected，禁止外部直接调用，确保所有访问都经过模板方法的排队策略，防止插队破坏语义。