基本概念

AQS 是 AbstractQueuedSynchronizer 的簡稱，翻譯成中文就是 抽象隊列同步器 ，這三個單詞分開來看：

Abstract （抽象）：也就是說， AQS 是一個抽象類，只實現(xiàn)一些主要的邏輯，有些方法推遲到子類實現(xiàn)
Queued （隊列）：隊列有啥特征呢？先進先出（ FIFO ）對吧？也就是說， AQS 是用先進先出隊列來存儲數(shù)據(jù)的
Synchronizer （同步）：即 AQS 實現(xiàn)同步功能

以上概括一下， AQS 是一個用來構(gòu)建鎖和同步器的框架，使用 AQS 能簡單而又高效地構(gòu)造出同步器。

AQS 內(nèi)部實現(xiàn)

AQS 隊列在內(nèi)部維護了一個 FIFO 的雙向鏈表，如果對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)比較熟的話，應(yīng)該很容易就能想到，在雙向鏈表中，每個節(jié)點都有兩個指針，分別指向直接前驅(qū)節(jié)點和直接后繼節(jié)點。使用雙向鏈表的優(yōu)點之一，就是從任意一個節(jié)點開始都很容易訪問它的前驅(qū)節(jié)點和后繼節(jié)點。

在 AQS 中，每個 Node 其實就是一個線程封裝，當線程在競爭鎖失敗之后，會封裝成 Node 加入到 AQS 隊列中；獲取鎖的線程釋放鎖之后，會從隊列中喚醒一個阻塞的 Node （也就是線程）

AQS 使用 volatile 的變量 state 來作為資源的標識:

private?volatile?int?state;

關(guān)于 state 狀態(tài)的讀取與修改，子類可以通過覆蓋 getState() 和 setState() 方法來實現(xiàn)自己的邏輯，其中比較重要的是:

//?傳入期望值?expect?,想要修改的值?update?,然后通過?Unsafe?的?compareAndSwapInt()?即?CAS?操作來實現(xiàn)
protected?final?boolean?compareAndSetState(int?expect,?int?update)?{
????//?See?below?for?intrinsics?setup?to?support?this
????return?unsafe.compareAndSwapInt(this,?stateOffset,?expect,?update);
}

下面是 AQS 中兩個重要的成員變量:

private?transient?volatile?Node?head;???//?頭結(jié)點
private?transient?volatile?Node?tail;???//?尾節(jié)點

關(guān)于 AQS 維護的雙向鏈表，在源碼中是這樣解釋的:

The?wait?queue?is?a?variant?of?a?"CLH"?(Craig,?Landin,?and?Hagersten)?lock?queue.?
CLH?locks?are?normally?used?for?spinlocks.??We?instead?use?them?for?blocking?synchronizers,?
but?use?the?same?basic?tactic?of?holding?some?of?the?control?information?
about?a?thread?in?the?predecessor?of?its?node.??

也就是 AQS 的等待隊列是 “CLH” 鎖定隊列的變體

直接來一張圖會更形象一些：

Node 節(jié)點維護的是線程，控制線程的一些操作，具體來看看是 Node 是怎么做的：

static?final?class?Node?{
????/**?Marker?to?indicate?a?node?is?waiting?in?shared?mode?*/
????//?標記一個節(jié)點,在?共享模式?下等待
????static?final?Node?SHARED?=?new?Node();
?
????/**?Marker?to?indicate?a?node?is?waiting?in?exclusive?mode?*/
????//?標記一個節(jié)點,在?獨占模式?下等待
????static?final?Node?EXCLUSIVE?=?null;

????/**?waitStatus?value?to?indicate?thread?has?cancelled?*/
????//?waitStatus?的值,表示該節(jié)點從隊列中取消
????static?final?int?CANCELLED?=??1;
?
????/**?waitStatus?value?to?indicate?successor's?thread?needs?unparking?*/
????//?waitStatus?的值,表示后繼節(jié)點在等待喚醒
????//?只有處于?signal?狀態(tài)的節(jié)點,才能被喚醒
????static?final?int?SIGNAL????=?-1;
?
????/**?waitStatus?value?to?indicate?thread?is?waiting?on?condition?*/
????//?waitStatus?的值,表示該節(jié)點在等待一些條件
????static?final?int?CONDITION?=?-2;
?
?/**
?????*?waitStatus?value?to?indicate?the?next?acquireShared?should
?????*?unconditionally?propagate
????*/
????//?waitStatus?的值,表示有資源可以使用,新?head?節(jié)點需要喚醒后繼節(jié)點
????//?如果是在共享模式下,同步狀態(tài)應(yīng)該無條件傳播下去
????static?final?int?PROPAGATE?=?-3;

?//?節(jié)點狀態(tài),取值為?-3,-2,-1,0,1
????volatile?int?waitStatus;

?//?前驅(qū)節(jié)點
????volatile?Node?prev;

?//?后繼節(jié)點
????volatile?Node?next;

?//?節(jié)點所對應(yīng)的線程
????volatile?Thread?thread;

?//?condition?隊列中的后繼節(jié)點
????Node?nextWaiter;

?//?判斷是否是共享模式
????final?boolean?isShared()?{
????????return?nextWaiter?==?SHARED;
????}

?/**
?*?返回前驅(qū)節(jié)點
?*/
????final?Node?predecessor()?throws?NullPointerException?{
????????Node?p?=?prev;
????????if?(p?==?null)
????????????throw?new?NullPointerException();
????????else
????????????return?p;
????}

????Node()?{????//?Used?to?establish?initial?head?or?SHARED?marker
????}

?/**
?*?將線程構(gòu)造成一個?Node?節(jié)點,然后添加到?condition?隊列中
?*/
????Node(Thread?thread,?Node?mode)?{?????//?Used?by?addWaiter
????????this.nextWaiter?=?mode;
????????this.thread?=?thread;
????}

?/**
?*?等待隊列用到的方法
?*/
????Node(Thread?thread,?int?waitStatus)?{?//?Used?by?Condition
????????this.waitStatus?=?waitStatus;
????????this.thread?=?thread;
????}
}

AQS 如何獲取資源

在 AQS 中，獲取資源的入口是 acquire(int arg) 方法，其中 arg 是獲取資源的個數(shù)，來看下代碼：

public?final?void?acquire(int?arg)?{
????if?(!tryAcquire(arg)?&&
????????acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE),?arg))
????????selfInterrupt();
}

在獲取資源時，會首先調(diào)用 tryAcquire 方法，這個方法是在子類中具體實現(xiàn)的

如果通過 tryAcquire 獲取資源失敗，接下來會通過 addWaiter(Node.EXCLUSIVE) 方法，將這個線程插入到等待隊列中，具體代碼:

private?Node?addWaiter(Node?mode)?{
?//?生成該線程所對應(yīng)的?Node?節(jié)點
????Node?node?=?new?Node(Thread.currentThread(),?mode);
????//?將?Node?插入到隊列中
????Node?pred?=?tail;
????if?(pred?!=?null)?{
????????node.prev?=?pred;
????????//?使用?CAS?操作,如果成功就返回
????????if?(compareAndSetTail(pred,?node))?{
????????????pred.next?=?node;
????????????return?node;
????????}
????}
????//?如果?pred?==?null?或者?CAS?操作失敗,則調(diào)用?enq?方法再次自旋插入
????enq(node);
????return?node;
}
?
//?自旋?CAS?插入等待隊列
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;
????????????}
????????}
????}
}

在上面能夠看到使用的是 CAS 自旋插入，這是因為在 AQS 中會存在多個線程同時競爭資源的情況，進而一定會出現(xiàn)多個線程同時插入節(jié)點的操作，這里使用 CAS 自旋插入是為了保證操作的線程安全性

現(xiàn)在呢，申請 acquire(int arg) 方法，然后通過調(diào)用 addWaiter 方法，將一個 Node 插入到了隊列尾部。處于等待隊列節(jié)點是從頭結(jié)點開始一個一個的去獲取資源，獲取資源方式如下：

final?boolean?acquireQueued(final?Node?node,?int?arg)?{
????boolean?failed?=?true;
????try?{
????????boolean?interrupted?=?false;
????????for?(;;)?{
????????????final?Node?p?=?node.predecessor();
????????????//?如果?Node?的前驅(qū)節(jié)點?p?是?head,說明?Node?是第二個節(jié)點,那么它就可以嘗試獲取資源
????????????if?(p?==?head?&&?tryAcquire(arg))?{
?????????????//?如果資源獲取成功,則將?head?指向自己
????????????????setHead(node);
????????????????p.next?=?null;?//?help?GC
????????????????failed?=?false;
????????????????return?interrupted;
????????????}
????????????//?節(jié)點進入等待隊列后,調(diào)用?shouldParkAfterFailedAcquire?或者?parkAndCheckInterrupt?方法
????????????//?進入阻塞狀態(tài),即只有頭結(jié)點的線程處于活躍狀態(tài)
????????????if?(shouldParkAfterFailedAcquire(p,?node)?&&
????????????????parkAndCheckInterrupt())
????????????????interrupted?=?true;
????????}
????}?finally?{
????????if?(failed)
????????????cancelAcquire(node);
????}
}

在獲取資源時，除了 acquire 之外，還有三個方法：

acquireInterruptibly ：申請可中斷的資源（獨占模式）
acquireShared ：申請共享模式的資源
acquireSharedInterruptibly ：申請可中斷的資源（共享模式）

到這里，關(guān)于 AQS 如何獲取資源就說的差不多了，接下來看看 AQS 是如何釋放資源的

AQS 如何釋放資源

釋放資源相對于獲取資源來說，簡單了很多。源碼如下：

public?final?boolean?release(int?arg)?{
?//?如果釋放鎖成功
????if?(tryRelease(arg))?{?
?????//?獲取 AQS 隊列中的頭結(jié)點
????????Node?h?=?head;
????????//?如果頭結(jié)點不為空,且狀態(tài) !=?0
????????if?(h?!=?null?&&?h.waitStatus?!=?0)
?????????//?調(diào)用?unparkSuccessor(h)?方法,喚醒后續(xù)節(jié)點
????????????unparkSuccessor(h);
????????return?true;
????}
????return?false;
}

private?void?unparkSuccessor(Node?node)?{
????int?ws?=?node.waitStatus;
????//?如果狀態(tài)是負數(shù),嘗試將它改為?0
????if?(ws?0)
????????compareAndSetWaitStatus(node,?ws,?0);
?//?得到頭結(jié)點的后繼節(jié)點
????Node?s?=?node.next;
????//?如果?waitStatus?大于?0?,說明這個節(jié)點被取消
????if?(s?==?null?||?s.waitStatus?>?0)?{
????????s?=?null;
????????//?那就從尾節(jié)點開始,找到距離?head?最近的一個?waitStatus<=0?的節(jié)點進行喚醒
????????for?(Node?t?=?tail;?t?!=?null?&&?t?!=?node;?t?=?t.prev)
????????????if?(t.waitStatus?<=?0)
????????????????s?=?t;
????}
????//?如果后繼節(jié)點不為空,則將其從阻塞狀態(tài)變?yōu)榉亲枞麪顟B(tài)
????if?(s?!=?null)
????????LockSupport.unpark(s.thread);
}