什么是AQS？

AQS即AbstractQueuedSynchronizer,是一个用于构建锁和同步器的框架。它能降低构建锁和同步器的工作量，还可以避免处理多个位置上发生的竞争问题。在基于AQS构建的同步器中，只可能在一个时刻发生阻塞，从而降低上下文切换的开销，并提高吞吐量。

AQS支持独占锁（exclusive）和共享锁(share)两种模式。

• 独占锁：只能被一个线程获取到(Reentrantlock)
• 共享锁：可以被多个线程同时获取(CountDownLatch,ReadWriteLock).

无论是独占锁还是共享锁，本质上都是对AQS内部的一个变量state的获取。state是一个原子的int变量，用来表示锁状态、资源数等。

 

AQS内部的数据结构与原理

AQS内部实现了两个队列，一个同步队列，一个条件队列。

同步队列的作用是：当线程获取资源失败之后，就进入同步队列的尾部保持自旋等待，不断判断自己是否是链表的头节点，如果是头节点，就不断参试获取资源，获取成功后则退出同步队列。
条件队列是为Lock实现的一个基础同步器，并且一个线程可能会有多个条件队列，只有在使用了Condition才会存在条件队列。

同步队列和条件队列都是由一个个Node组成的。AQS内部有一个静态内部类Node。

 

static final class Node {static final Node EXCLUSIVE = null;//当前节点由于超时或中断被取消static final int CANCELLED =  1;//表示当前节点的前节点被阻塞static final int SIGNAL    = -1;//当前节点在等待conditionstatic final int CONDITION = -2;//状态需要向后传播static final int PROPAGATE = -3;volatile int waitStatus;volatile Node prev;volatile Node next;volatile Thread thread;Node nextWaiter;final boolean isShared() {return nextWaiter == SHARED;}final Node predecessor() throws NullPointerException {Node p = prev;if (p == null)throw new NullPointerException();elsereturn p;}Node() {    // Used to establish initial head or SHARED marker}Node(Thread thread, Node mode) {     // Used by addWaiterthis.nextWaiter = mode;this.thread = thread;}Node(Thread thread, int waitStatus) { // Used by Conditionthis.waitStatus = waitStatus;this.thread = thread;}}

重要方法的源码解析

//独占模式下获取资源public final void acquire(int arg) {if (!tryAcquire(arg) &&acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))selfInterrupt();}

acquire(int arg)首先调用tryAcquire(arg)尝试直接获取资源，如果获取成功，因为与运算的短路性质，就不再执行后面的判断，直接返回。tryAcquire(int arg)的具体实现由子类负责。如果没有直接获取到资源，就将当前线程加入等待队列的尾部，并标记为独占模式，使线程在等待队列中自旋等待获取资源，直到获取资源成功才返回。如果线程在等待的过程中被中断过，就返回true，否则返回false。
如果acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)执行过程中被中断过，那么if语句的条件就全部成立，就会执行selfInterrupt();方法。因为在等待队列中自旋状态的线程是不会响应中断的，它会把中断记录下来，如果在自旋时发生过中断，就返回true。然后就会执行selfInterrupt()方法，而这个方法就是简单的中断当前线程Thread.currentThread().interrupt();其作用就是补上在自旋时没有响应的中断。

可以看出在整个方法中，最重要的就是acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)。

我们首先看Node addWaiter(Node mode)方法，顾名思义，这个方法的作用就是添加一个等待者，根据之前对AQS中数据结构的分析，可以知道，添加等待者就是将该节点加入等待队列.

private Node addWaiter(Node mode) {Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);// Try the fast path of enq; backup to full enq on failureNode pred = tail;//尝试快速入队if (pred != null) { //队列已经初始化node.prev = pred;if (compareAndSetTail(pred, node)) {pred.next = node;return node; //快速入队成功后，就直接返回了}}//快速入队失败，也就是说队列都还每初始化，就使用enqenq(node);return node;}//执行入队private Node enq(final Node node) {for (;;) {Node t = tail;if (t == null) { // Must initialize//如果队列为空，用一个空节点充当队列头if (compareAndSetHead(new Node()))tail = head;//尾部指针也指向队列头} else {//队列已经初始化，入队node.prev = t;if (compareAndSetTail(t, node)) {t.next = node;return t;//打断循环}}}}

final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {boolean failed = true;try {boolean interrupted = false;for (;;) {final Node p = node.predecessor();//拿到node的上一个节点//前置节点为head，说明可以尝试获取资源。排队成功后，尝试拿锁if (p == head && tryAcquire(arg)) {setHead(node);//获取成功，更新head节点p.next = null; // help GCfailed = false;return interrupted;}//尝试拿锁失败后，根据条件进行parkif (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&parkAndCheckInterrupt())interrupted = true;}} finally {if (failed)cancelAcquire(node);}}//获取资源失败后，检测并更新等待状态private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {int ws = pred.waitStatus;if (ws == Node.SIGNAL)/** This node has already set status asking a release* to signal it, so it can safely park.*/return true;if (ws > 0) {/** Predecessor was cancelled. Skip over predecessors and* indicate retry.*/do {//如果前节点取消了，那就往前找到一个等待状态的接待你，并排在它的后面node.prev = pred = pred.prev;} while (pred.waitStatus > 0);pred.next = node;} else {/** waitStatus must be 0 or PROPAGATE.  Indicate that we* need a signal, but don't park yet.  Caller will need to* retry to make sure it cannot acquire before parking.*/compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);}return false;}//阻塞当前线程，返回中断状态private final boolean parkAndCheckInterrupt() {LockSupport.park(this);return Thread.interrupted();}

具体的boolean tryAcquire(int acquires)实现有所不同。
公平锁的实现如下：

protected final boolean tryAcquire(int acquires) {final Thread current = Thread.currentThread();int c = getState();if (c == 0) {if (!hasQueuedPredecessors() &&compareAndSetState(0, acquires)) {setExclusiveOwnerThread(current);return true;}}else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {int nextc = c + acquires;if (nextc < 0)throw new Error("Maximum lock count exceeded");setState(nextc);return true;}return false;
}

非公平锁的实现如下：

final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {final Thread current = Thread.currentThread();int c = getState();if (c == 0) {if (compareAndSetState(0, acquires)) {setExclusiveOwnerThread(current);return true;}}else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {int nextc = c + acquires;if (nextc < 0) // overflowthrow new Error("Maximum lock count exceeded");setState(nextc);return true;}return false;
}

park

在AQS的实现中有一个出现了一个park的概念。park即LockSupport.park().它的作用是阻塞当前线程，并且可以调用LockSupport.unpark(Thread)去停止阻塞。它们的实质都是通过UnSafe类使用了CPU的原语。在AQS中使用park的主要作用是，让排队的线程阻塞掉（停止其自旋，自旋会消耗CPU资源），并在需要的时候，可以方便的唤醒阻塞掉的线程。