JUC之二AQS整体框架

AQS是一个Java提供的底层同步工具类，用一个volatile int state的变量表示同步状态(代表共享资源)，并提供了一系列的CAS操作来管理这个同步状态，同时还维护着一个FIFO线程同步队列（双向队列，多线程争用资源被阻塞时会进入此队列，使用unsafe进行线程的等待与唤醒）。
AQS的主要作用是为Java中的并发同步组件提供统一的底层支持，如常用的ReentrantLock，Semaphore，CountDownLatch等等就是基于AQS实现的，用法是通过继承AQS实现其模版方法，然后将子类作为同步组件的内部类。

state的访问方式有三种:

• getState()
• setState()
• compareAndSetState()

AQS定义两种资源共享方式：

• Exclusive（独占，只有一个线程能执行，如ReentrantLock）
• Share（共享，多个线程可同时执行，如Semaphore/CountDownLatch）

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,自定义同步器实现时主要实现以下几种方法：

• isHeldExclusively()：该线程是否正在独占资源。只有用到condition才需要去实现它。
• tryAcquire(int)：独占方式。尝试获取资源，成功则返回true，失败则返回false。
• tryRelease(int)：独占方式。尝试释放资源，成功则返回true，失败则返回false。
• tryAcquireShared(int)：共享方式。尝试获取资源。负数表示失败；0表示成功，但没有剩余可用资源；正数表示成功，且有剩余资源。
• tryReleaseShared(int)：共享方式。尝试释放资源，如果释放后允许唤醒后续等待结点返回true，否则返回false。

独占锁的示例

/**
 * 实现一个独占锁
 */
public class Mutex implements Lock {

    private static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer{
        //是否是独占
        protected boolean isHeldExclusively(){
            return getState() == 1;
        }

        //独占式只支持1个acquires
        public boolean tryAcquire(int acquires){
            if(compareAndSetState(0,1)){
                setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
                return true;
            }
            return false;
        }

        //释放锁
        protected boolean tryRelease(int release){
            if(getState() == 0){
                throw new IllegalMonitorStateException();
            }
            setExclusiveOwnerThread(null);
            setState(0);
            return true;
        }

        Condition newCondition(){
            return new ConditionObject();
        }

    }

    private final Sync sync = new Sync();

    @Override
    public void lock() {
        sync.acquire(1);
    }

    @Override
    public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {
        sync.acquireInterruptibly(1);
    }

    @Override
    public boolean tryLock() {
        return sync.tryAcquire(1);
    }

    @Override
    public boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
        return sync.tryAcquireNanos(1,unit.toNanos(time));
    }

    @Override
    public void unlock() {
        sync.release(1);
    }

    @Override
    public Condition newCondition() {
        return sync.newCondition();
    }

    //是否是独占锁
    public boolean isLock(){
        return sync.isHeldExclusively();
    }
    public boolean hasQueuedThreads(){
        return sync.hasQueuedThreads();
    }
}

示例中通过实现Lock接口，然后使用一个内部类继承AbstractQueuedSynchronizer来实现一个独占锁。

共享锁示例

/**
 * 共享锁示例
 */
public class SharedLockInstance implements Lock {

    private final Sync sync = new Sync(2);

    public LockInstance() throws IllegalAccessException {
    }

    //内部类继承AbstractQueuedSynchronizer
    private static final class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer{
        Sync(int state) throws IllegalAccessException {
            if(state <= 0){
                throw new IllegalAccessException("count must large than 0");
            }
            setState(state);
        }

        @Override
        public int tryAcquireShared(int arg){
            for(;;){
                System.out.println("try acquire...");
                int current = getState();
                int now = current - arg;
                if(now < 0 || compareAndSetState(current,now)){
                    return now;
                }
            }
        }

        @Override
        public boolean tryReleaseShared(int arg){
            for(;;){
                System.out.println("try release...");
                int current = getState();
                int now = current + arg;
                if(compareAndSetState(current,now)){
                    return true;
                }
            }
        }

        Condition newCondition(){
            return new ConditionObject();
        }
    }

    @Override
    public void lock() {
        sync.acquireShared(1);
    }

    @Override
    public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {
        sync.acquireInterruptibly(1);
    }

    @Override
    public boolean tryLock() {

        return sync.tryAcquireShared(1) >= 0;
    }

    @Override
    public boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
        return sync.tryAcquireSharedNanos(1,unit.toNanos(time));
    }

    @Override
    public void unlock() {
        sync.tryReleaseShared(1);
    }

    @Override
    public Condition newCondition() {
        return sync.newCondition();
    }
}

不论是独占式锁还是共享锁都是在通过继承了AQS里的模板方法，这些模板方法大致分3类：独占式获取与释放同步状态，共享式获取与释放同步状态和查询同步队列中的等待线程情况。
一般来说，自定义同步器要么是独占方法，要么是共享方式，他们也只需实现tryAcquire-tryRelease、tryAcquireShared-tryReleaseShared中的一种即可。但AQS也支持自定义同步器同时实现独占和共享两种方式，如ReentrantReadWriteLock。

参考文章：Java并发之AQS详解
沉淀再出发：关于java中的AQS理解