AQS原理简介

AQS简介

• 原名 AbstractQueuedSynchronizer 即队列同步器 是构建锁和其他同步组件的基础框架（如ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock、Semaphore、CountDownLatch）
• AQS解决了子类实现同步器时涉及当的大量细节问题，例如获取同步状态、FIFO同步队列 自定义同步器在实现时只需要实现共享资源state的获取与释放方式即可，至于具体线程等待队列的维护（如获取资源失败入队/唤醒出队等），AQS已经在顶层实现好了，所以使用AQS不仅能够极大地减少实现工作，而且也不必处理在多个位置上发生的竞争问题
• 只能在一个时刻发生阻塞，从而降低上下文切换的开销，提高了吞吐量
• AQS通过内置的FIFO同步队列来完成资源获取线程的排队工作，如果当前线程获取同步状态失败（锁）时，AQS则会将当前线程以及等待状态等信息构造成一个节点（Node）并将其加入同步队列，同时会阻塞当前线程，当同步状态释放时，则会把节点中的线程唤醒，使其再次尝试获取同步状态

深入源码 看看有哪些方法

• getState()

返回同步状态的当前值

• setState(int newState)

设置当前同步状态

• compareAndSetState(int expect, int update)

使用CAS设置当前状态，该方法能够保证状态设置的原子性

自定义同步器主要实现以下几个方法

• tryAcquire(int arg)

独占式获取同步状态，获取同步状态成功后，其他线程需要等待该线程释放同步状态才能获取同步状态

• tryRelease(int arg)

独占式释放同步状态

• tryAcquireShared(int arg)

共享式获取同步状态，返回值大于等于0则表示获取成功，否则获取失败

• tryReleaseShared(int arg)

共享式释放同步状态

• tryReleaseShared(int arg)

当前同步器是否在独占式模式下被线程占用，一般该方法表示是否被当前线程所独占

• acquire(int arg)

独占式获取同步状态，如果当前线程获取同步状态成功，则由该方法返回，否则，将会进入同步队列等待，该方法将会调用可重写的tryAcquire(int arg)方法

• acquireInterruptibly(int arg)

与acquire(int arg)相同，但是该方法响应中断，当前线程为获取到同步状态而进入到同步队列中，如果当前线程被中断，则该方法会抛出InterruptedException异常并返回

• tryAcquireNanos(int arg,long nanos)

超时获取同步状态，如果当前线程在nanos时间内没有获取到同步状态，那么将会返回false，已经获取则返回true

• acquireShared(int arg)

共享式获取同步状态，如果当前线程未获取到同步状态，将会进入同步队列等待，与独占式的主要区别是在同一时刻可以有多个线程获取到同步状态

• acquireSharedInterruptibly(int arg)

共享式获取同步状态，响应中断

• tryAcquireSharedNanos(int arg, long nanosTimeout)

共享式获取同步状态，增加超时限制

• release(int arg)

独占式释放同步状态，该方法会在释放同步状态之后，将同步队列中第一个节点包含的线程唤醒

• releaseShared(int arg)

共享式释放同步状态

CLH

`CLH同步队列是一个FIFO双向队列，AQS依赖它来完成同步状态的管理，
当前线程如果获取同步状态失败时，AQS则会将当前线程已经等待状态等信息构造成一个节点（Node）并将其加入到CLH同步队列，同时会阻塞当前线程，
当同步状态释放时，会把首节点唤醒（公平锁），使其再次尝试获取同步状态。
在CLH同步队列中，一个节点表示一个线程，它保存着
线程的引用（thread）、状态（waitStatus）、前驱节点（prev）、后继节点（next），其数据结构如下`

同步队列的数据结构

入列

CHL这种链表式结构入列，无非就是tail指向新节点、新节点的前驱节点指向当前最后的节点，当前最后一个节点的next指向当前节点

• addWaiter(Node node)

将当前线程加入到等待队列的队尾，并返回当前线程所在的结点

addWaiter(Node node)先通过快速尝试设置尾节点，如果失败，则调用enq(Node node)方法设置尾节点

此方法用于将node加入队尾，该方法核心就是通过CAS自旋的方式来设置尾节点，知道获得预期的结果即添加节点成功，当前线程才会返回

出列

`CLH同步队列遵循FIFO（先进先出），首节点的线程释放同步状态后，
将会唤醒它的后继节点（next），而后继节点将会在获取同步状态成功时将自己设置为首节点，这个过程非常简单，
head执行该节点并断开原首节点的next和当前节点的prev即可，
注意在这个过程是不需要使用CAS来保证的，因为只有一个线程能够成功获取到同步状态。`

同步状态的获取与释放

独占式同步状态获取

如果获取到资源，线程直接返回，否则进入等待队列，直到获取到资源为止，且整个过程忽略中断的影响

• tryAcquire：去尝试获取锁，获取成功则设置锁状态并返回true，否则返回false。该方法由自定义同步组件自己实现（通过state的get/set/CAS），该方法必须要保证线程安全的获取同步状态。
• addWaiter：如果tryAcquire返回FALSE（获取同步状态失败），则调用该方法将当前线程加入到CLH同步队列尾部，并标记为独占模式。
• acquireQueued：当前线程会根据公平性原则来进行阻塞等待（自旋）,直到获取锁为止；如果在整个等待过程中被中断过，则返回true，否则返回false。
• selfInterrupt：如果线程在等待过程中被中断过，它是不响应的。只是获取资源后才再进行自我中断selfInterrupt()，将中断补上。

`当前线程会一直尝试获取同步状态，当然前提是只有其前驱节点为头结点才能够尝试获取同步状态
1、保持FIFO同步队列原则。
2、头节点释放同步状态后，将会唤醒其后继节点，后继节点被唤醒后需要检查自己是否为头节点。`

`这段代码主要检查当前线程是否需要被阻塞，具体规则如下：
[1]如果当前线程的前驱节点状态为SINNAL，则表明当前线程需要被阻塞，
调用unpark()方法唤醒，直接返回true，当前线程阻塞
[2]如果当前线程的前驱节点状态为CANCELLED（ws > 0），
则表明该线程的前驱节点已经等待超时或者被中断了，
则需要从CLH队列中将该前驱节点删除掉，直到回溯到前驱节点状态 <= 0 ，返回false
[3]如果前驱节点非SINNAL，非CANCELLED，
则通过CAS的方式将其前驱节点设置为SINNAL，返回false
整个流程中，如果前驱结点的状态不是SIGNAL，那么自己就不能被阻塞，
需要去找个安心的休息点（前驱节点状态 <= 0 ），同时可以再尝试下看有没有机会去获取资源。
如果 shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) 方法返回true，则调用parkAndCheckInterrupt()方法阻塞当前线程`

本文使用 mdnice 排版