AQS详解

1、AQS介绍

AQS的全称是AbstractQueuedSynchronizer，抽象队列同步器。这个类在java.util.concurrent.locks包下面。

AQS就是一个抽象类，主要用来构建锁和同步器。

public abstract class AbstractQueuedSynchronizer extends AbstractOwnableSynchronizer
implements java.io.Serializable {
}

AQS为构建锁和同步器提供了一些通用功能的实现，因此，使用AQS能简单且高效地构建出应用广泛的大量的同步器，比如：ReentrantLock，Semaphore，其他的如：ReentrantReadWriteLock、SynchronousQueue等皆是基于AQS的。

2、AQS原理

AQS核心思想是：如果被请求的共享资源空闲，则将当前请求资源的线程设置为有效的工作线程，并且将共享资源设置为锁定状态。如果被请求的共享资源被占用，那么就需要一套线程阻塞等待以及被唤醒时锁分配的机制，这个机制AQS是基于CLH锁实现的。

CLH锁是对自旋锁的一种改进，是一个虚拟的双向队列加粗样式（虚拟的双向队列即不存在队列实例，仅存在结点的关联关系），暂时获取不到锁的线程将被加入到该队列中。AQS将每条请求共享资源的线程封装成一个CLH队列锁的一个结点（Node）来实现锁的分配。在CLH队列锁种，一个节点表示一个线程，它保存着线程的引用（thread）、当前节点在队列中的状态（waitStatus）、前驱节点（pre）、后继节点（next）。

CHL队列锁结构如下图所示：

AQS（AbstractQueuedSynchronizer）的核心原理图：

AQS使用int成员变量state表示同步状态，通过内置的线程等待队列来完成获取资源线程的排队工作。

state变量由volatile修饰，用于展示当前临界资源的获锁情况。

// 共享变量，使用volatile修饰保证线程可见性
private volatile int state;

另外，状态信息state可以通过protected类型的getState()、setState()和compareAndSetState()进行操作。并且，这几个方法都是final修饰的，在子类中无法被重写。

//返回同步状态的当前值
protected final int getState() {
     return state;
}
 // 设置同步状态的值
protected final void setState(int newState) {
     state = newState;
}
//原子地（CAS操作）将同步状态值设置为给定值update如果当前同步状态的值等于expect（期望值）
protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
      return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
}

以ReentrantLock为例，state初始值为0，表示值为0，表示未锁定状态。A线程lock()时，会调用tryAcquire()独占该锁并将state+1。此后，其他线程再tryAcquire()时就会失败，直到A线程unlock()到state=0（即释放锁）为止，其他线程才有机会获取该锁。

当然，释放锁之前，A线程自己是可以重复获取此锁的(state会累加)，这就是可重入的概念。但要注意，获取多少次就要释放多少次，这样才能保证state是能回到零态的。

再以CountDownLatch为例，任务分为N个子线程去执行，state也初始化为N（注意N要与线程个数一致）。这N个子线程是并行执行的，每个子线程执行完成后countDown()一次，state会CAS（compare and swap）减1。等到所有子线程都执行完后（即state=0）,会unpark()主调用线程，然后主调用线程就会从await()函数返回，继续后续动作。