上篇文章AQS源码分析-独占模式分析了AQS的结构以及独占模式下资源的获取与释放流程，啰嗦了AQS的基本结构和独占模式。这篇文章主要是探讨下AQS在共享模式下资源的获取与释放，同时比较下两种模式的差异（本文基于JDK11版本）。
流程分析 - 获取资源
这篇文章以CountDownLatch为例，和独占模式一样，AQS同样提供了资源的获取与释放的方法供子类进行重写，如下所示：
protected int tryAcquireShared(int arg)
protected boolean tryReleaseShared(int arg)
CountDownLatch的官方描述如下：
A synchronization aid that allows one or more threads to wait until a set of operations being performed in other threads completes.
简单来说，CountDownLatch是一个同步器，用来使一个或者多个线程等待其他线程完成各自的工作后再执行。是不是像一个计数器？本来就是一个计数器，只不过支持并发操作。
注意CountDownLatch提供构造函数用来初始化需要等待的线程数量，其实就是设置AQS中state的具体值，如下：
public CountDownLatch(int count) {
if (count < 0) throw new IllegalArgumentException("count < 0");
this.sync = new Sync(count);
}
Sync(int count) {
setState(count);
}
AQS#acquireSharedInterruptibly
CountDownLatch提供了await方法用来阻塞当前线程直到CountDownLatch内部计数为0。所以我们先从await方法开始：
public void await() throws InterruptedException {
sync.acquireSharedInterruptibly(1);
}
acquireSharedInterruptibly(1)方法是AQS类中的，源码如下：
public final void acquireSharedInterruptibly(int arg)
throws InterruptedException {
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
if (tryAcquireShared(arg) < 0)
doAcquireSharedInterruptibly(arg);
}
从acquireSharedInterruptibly方法的实现中可以看出，该方法响应中断，如果当前线程被中断，抛出中断异常。然后调用tryAcquireShared(arg)方法，注意该方法的返回值是一个整数，这个限定了返回值的语义，如果小于0，证明获取共享资源失败，需要进入阻塞队列。我们来看看CountDownLatch提供的tryAcquireShared实现：
protected int tryAcquireShared(int acquires) {
return (getState() == 0) ? 1 : -1;
}
从上面的方法中可以看出，调用了getState方法获取state的值，如果值为0，返回1，代表获取共享资源成功；否则返回-1，代表获取共享资源失败。
总结来说，子类在tryAcquireShared的实现上需要注意以下几点：
- 检查当前是否支持在共享模式下获取资源
- 返回值语义
- 如果返回值小于0，说明获取资源失败，需要进入阻塞队列
- 返回值等于0，说明获取资源成功，但后续的节点携带的线程无法唤醒，无法继续获取资源
- 返回值大于0，说明获取资源成功，但会唤醒后续节点然后尝试获取资源
AQS#doAcquireSharedInterruptibly
我们回到AQS的acquireSharedInterruptibly方法，当tryAcquireShared返回值小于0，就会执行doAcquireSharedInterruptibly(1)方法，代码如下：
/**
* Acquires in shared interruptible mode.
* @param arg the acquire argument
*/
private void doAcquireSharedInterruptibly(int arg)
throws InterruptedException {
final Node node = addWaiter(Node.SHARED);
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
return;
}
}
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
throw new InterruptedException();
}
} catch (Throwable t) {
cancelAcquire(node);
throw t;
}
}
在doAcquireSharedInterruptibly方法中，首先会调用addWaiter(Node.SHARED)方法，该方法在AQS源码分析-独占模式#AQS#addWaiter方法已经说过，主要作用是初始化CLH队列或将新创建的节点（携带当前线程）成功入队至队尾，最后返回该新建的节点。只不过此时的参数是Node.SHARED，代表共享模式。
接着就是一个无限for循环（这个非常常见），在循环体内，首先获取当前节点的前驱节点p，如果p为头结点，说明当前节点为阻塞队列第一个持有线程的节点，那么就调用tryAcquireShared(1)直接尝试获取资源，因为前面已经没有持有线程的节点了。如果返回值大于等于0，说明此时state的值已为0，获取资源成功了，接下来调用setHeadAndPropagate(node, r)方法，代码如下：
AQS#setHeadAndPropagate
/**
* Sets head of queue, and checks if successor may be waiting
* in shared mode, if so propagating if either propagate > 0 or
* PROPAGATE status was set.
*
* @param node the node
* @param propagate the return value from a tryAcquireShared
*/
private void setHeadAndPropagate(Node node, int propagate) {
Node h = head; // Record old head for check below
setHead(node);
/*
* Try to signal next queued node if:
* Propagation was indicated by caller,
* or was recorded (as h.waitStatus either before
* or after setHead) by a previous operation
* (note: this uses sign-check of waitStatus because
* PROPAGATE status may transition to SIGNAL.)
* and
* The next node is waiting in shared mode,
* or we don't know, because it appears null
*
* The conservatism in both of these checks may cause
* unnecessary wake-ups, but only when there are multiple
* racing acquires/releases, so most need signals now or soon
* anyway.
*/
if (propagate > 0 || h == null || h.waitStatus < 0 ||
(h = head) == null || h.waitStatus < 0) {
Node s = node.next;
if (s == null || s.isShared())
doReleaseShared();
}
}
setHeadAndPropagate方法有两个参数，第一个参数node为已经成功获取资源的节点，第二个参数propagate为tryAcquireShared方法的返回值，注意此时进入该方法时propagate的值大于或者等于0。
首先会记录原来CLH队列旧的头结点，然后调用setHead(node)方法设置头结点，这个方法如下：
private void setHead(Node node) {
head = node;
node.thread = null;
node.prev = null;
}
接下来有一个if判断，貌似很长的样子，我们来具体分析一下：
首先propagate > 0代表当前线程已经获取到了资源，并且需要唤醒后面阻塞的节点；h.waitStatus < 0 代表旧的头节点后面的节点可以被唤醒；(h = head) == null || h.waitStatus < 0 这个操作是说新的头节点后面的节点可以被唤醒，总结来说：
propagate > 0代表当前线程已经获取到了资源，并且需要唤醒后面阻塞的节点- 无论新旧头节点，只要其
waitStatus < 0，那么其后面的节点可以被唤醒
如果上面if返回true，接着获取当前节点的后继节点，这里又会有一个判断，如果后继节点是共享模式或者现在还看不到后继的状态，则都继续唤醒后继节点中的线程。上面if返回true，接着执行doReleaseShared方法，代码如下：
AQS#doReleaseShared
/**
* Release action for shared mode -- signals successor and ensures
* propagation. (Note: For exclusive mode, release just amounts
* to calling unparkSuccessor of head if it needs signal.)
*/
private void doReleaseShared() {
/*
* Ensure that a release propagates, even if there are other
* in-progress acquires/releases. This proceeds in the usual
* way of trying to unparkSuccessor of head if it needs
* signal. But if it does not, status is set to PROPAGATE to
* ensure that upon release, propagation continues.
* Additionally, we must loop in case a new node is added
* while we are doing this. Also, unlike other uses of
* unparkSuccessor, we need to know if CAS to reset status
* fails, if so rechecking.
*/
for (;;) {
// 获取CLH队列头节点
Node h = head;
// 判断头节点是否为null，h == tail 代表CLH刚进行初始化，CLH队列中并未有携带线程的节点
if (h != null && h != tail) {
int ws = h.waitStatus;
// 判断头节点的waitStatus是否为SIGNAL，
// 如果为SIGNAL，该值必为其后继节点设置的，说明后继节点等待被唤醒
if (ws == Node.SIGNAL) {
// CAS 将头节点的waitStatus由SIGNAL设置为0, 相当于重置
// 这个进行CAS主要是考虑release时也会调用该方法，需要并发控制
if (!h.compareAndSetWaitStatus(Node.SIGNAL, 0))
continue; // loop to recheck cases
// 唤醒后继节点
unparkSuccessor(h);
} // 如果后继节点还未设置前驱节点的waitStatus为SIGNAL，代表目前无需唤醒或者不存在。
// 那么就将头节点的waitStatus设置为PROPAGATE，代表在下次acquireShared时无条件地传播
else if (ws == 0 &&
!h.compareAndSetWaitStatus(0, Node.PROPAGATE))
continue; // loop on failed CAS
}
// 如果头节点未发生变化，则代表当前尙未有其他线程获取到资源，直接退出。
// 如果头节点已经发生变化，代表已经有线程获取到资源，
// 那么就需要重新进入到for循环中，将唤醒传递下去
if (h == head) // loop if head changed
break;
}
}
doReleaseShared是一个相当重要的方法，注意该方法在获取资源时会被调用，在释放资源时也会被调用。首先内部有一个无限for循环，在循环体内，会获取当前CLH队列的头节点，判断头节点是否为null，并且判断头节点和尾节点是否相等，相等代表CLH刚进行初始化，CLH队列中并未有携带线程的节点。
然后获取头节点的waitStatus，接着判断waitStatus是否为SIGNAL：
如果为SIGNAL，该值必为其后继节点设置的，说明后继节点等待被唤醒，那么就利用CAS先将头节点的waitStatus设置为0，设置失败，就继续for循环；设置成功的话，就调用unparkSuccessor唤醒其后继节点，该方法已经在AQS源码分析-独占模式分析过，这里略过。如果后继节点成功获取资源，会造成head的改变，
如果不为SIGNAL，接着会进行判断当前头节点的waitStatus是否为0，如果不为0，进行执行for循环；如果为0，代表已经当前头节点的后继节点已经被唤醒。
我们回到doAcquireSharedInterruptibly方法，当setHeadAndPropagate方法执行完时，将p（头节点）的next置空，然后返回。如果p不为头节点，接下来就会将执行下面这段代码：
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
throw new InterruptedException();
shouldParkAfterFailedAcquire方法在AQS源码分析-独占模式已经说过了，该方法的作用是在当前线程获取资源失败后是否挂起当前线程，返回true则代表可以挂起，会执行parkAndCheckInterrupt方法，源码如下：
private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
LockSupport.park(this);
return Thread.interrupted();
}
parkAndCheckInterrupt方法将当前线程挂起，并返回当前线程是否中断。
流程分析 - 释放资源
前面说到，在setHeadAndPropagate会调用doReleaseShared方法来唤醒节点，doReleaseShared方法当然在释放资源时也会被调用。对于CountDownLatch的countDown方法来说，入口是AQS的releaseShared方法，arg的值为1，代码如下：
public final boolean releaseShared(int arg) {
if (tryReleaseShared(arg)) {
doReleaseShared();
return true;
}
return false;
}
主要tryReleaseShared方法是AQS的子类实现的，在CountDownLatch中，tryReleaseShared的实现如下：
protected boolean tryReleaseShared(int releases) {
// Decrement count; signal when transition to zero
for (;;) {
int c = getState();
if (c == 0)
return false;
int nextc = c - 1;
if (compareAndSetState(c, nextc))
return nextc == 0;
}
}
发现这是一个自旋操作，在无限循环体内，首先获取state的值c，如果c的值为0，证明无资源可释放，返回false；否则计算c - 1的值nextc，然后通过CAS将state的值由c设置为nextc，如果设置成功的话，返回nextc == 0的比较结果，即如果nextc == 0，返回true，否则返回false；如果设置失败，重新进入到for循环，直至符合上面退出for循环的条件退出 tryReleaseShared 方法。总结来说，只有当state能够设置为0时，tryReleaseShared返回true，其他返回false。
回到AQS的releaseShared方法，如果tryReleaseShared返回true，则调用doReleaseShared方法，这个方法的实现在上面的获取资源也调用了，具体实现说明参考上面部分。
纵观releaseShared方法，我们可以得出结论，在CountDownLatch类中，只有当state为0时，才会调用doReleaseShared方法，唤醒后继节点以及传播唤醒动作。当然，这需要考虑tryReleaseShared的子类具体实现，抽象来说，就是只有tryReleaseShared方法返回true时，才会进行唤醒动作。
总结
AQS共享模式获取资源、释放资源流程图如下：
References：
- Java Concurrency Constructs
- The java.util.concurrent Synchronizer Framework
- A Java Fork/Join Framework
- AQS源码分析-独占模式
- AQS深入理解与实战----基于JDK1.8
- 深入浅出java同步器AQS