Java并发——AQS

AQS，即AbstractQuenedSynchronizer，顾名思义为抽象的队列式同步器。AQS定义了一套多线程访问共享资源的的同步器框架，许多同步类的实现都是依靠这个框架，比如谈并发就一定会谈的ReentrantLock、Semaphore、CountDownLatch等。它是Java并发包(java.util.concurrent)里实现锁、同步的一个重要基础框架。

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AQS类维护了一个wait quene，这个FIFO的等待队列是CLH锁队列的变体(a variant of a "CLH" lock queue)。CLH锁通常用于自旋锁(spinlocks)。而在AQS中，CLH锁被用来阻塞同步器。但是呢，即使作用有变，其基本的策略(tactic)是相同的，即在节点(Node)的前驱节点(predecessor)中保存一些关于线程的控制信息。每个节点中的 status 字段跟踪(trace)线程是否应该被阻塞。当一个节点的前驱节点被释放时，前驱节点会通知(signal)当前节点。

AQS 中的队列是由 Node 节点组成的双向链表实现的，那 Node 到达是什么呢？其实 Node 是 AQS的一个内部类，它是对访问同步资源的线程的封装，可以简单理解为一个 Node 代表一个需要同步的线程及其状态。

AQS定义了两种资源共享的方式：独占式( Exclusive ，只能一个线程独享，如 ReentrantLock )和共享式( Shared ，多个线程可同时执行，如 Semaphore / CountDownLatch )。

两种资源共享方式

每个 Node 都有其线程等待状态， Node 类维护一个 waitStatus 变量来表明这些状态：

waitStatus的取值

• CANCELLED：值为1，在同步队列中等待的线程等待超时或被中断，需要从同步队列中取消该Node的结点，其结点的waitStatus为CANCELLED，即结束状态，进入该状态后的结点将不会再变化。

• SIGNAL：值为-1，被标识为该等待唤醒状态的后继结点，当其前继结点的线程释放了同步锁或被取消，将会通知该后继结点的线程执行。说白了，就是处于唤醒状态，只要前继结点释放锁，就会通知标识为SIGNAL状态的后继结点的线程执行。

• CONDITION：值为-2，与Condition相关，该标识的结点处于等待队列中，结点的线程等待在Condition上，当其他线程调用了Condition的signal()方法后，CONDITION状态的结点将从等待队列转移到同步队列中，等待获取同步锁。

• PROPAGATE：值为-3，与共享模式相关，在共享模式中，该状态标识结点的线程处于可运行状态。

• 0状态：值为0，代表初始化状态。

waitStatus

写入等待队列 addWaiter()

• 为当前的线程以及传入的资源共享方式(mode)构建一个 Node 对象 node ；
• 如果当前队列不为空，那么就将当前线程对应节点的前驱节点设为当前尾节点 pred(try the fast path of enq)；
• 使用 CAS 设置 node 为队列尾节点，如果设置成功，就把之前的尾节点 pred 指向当前尾节点 node，并将 node 返回；
• 如果当前队列为空，调用 enq() 将 node 入队，并返回 node 。(backup to full enq on failure)

入队 enq( Node )

• 如果队列为空，使用 CAS 将队列初始化；
• 如果队列不为空，将传入节点 node 的前驱节点设置为当前尾节点，然后将 node 设置为新的尾节点，并使之前尾节点指向当前尾节点，最后返回 node 的前驱节点(node's predecessor)。

aquire( int )

独占模式下获取资源

这个方法是在独占模式下线程获取共享资源的顶级入口，如果获取到资源，则返回，否则线程进入等待队列，知道获取到资源为止。这个方法忽略中断，可以用来实现 Lock 接口的 lock 方法。

这个方法的流程如下：

1. tryAcquire()尝试直接去获取资源，如果成功则直接返回；

2. addWaiter()将该线程加入等待队列的尾部，并标记为独占模式；

3. acquireQueued()使线程在等待队列中获取资源，一直获取到资源后才返回。如果在整个等待过程中被中断过，则返回true，否则返回false。

4. 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。

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aquire() 方法的传入参数先辈传给 tryAcquire( int ) 方法，这个方法如下：

tryAcquire( int )

tryAcquire( int )

这个方法体其实没有提供实现，只是给出了一异常，这也是 AQS 被当做一个框架的原因，具体的资源获取方式交给自定义的同步器去实现。现在我们只需知道这个方式是在尝试获取资源。

acquireQuened( Node, int )

acquireQuened( Node, int )

aquire() 方法中，如果尝试获取资源失败，那么就将当前线程放入队列中。acquireQuened() 的作用就是在队列中等待被唤醒，直到被唤醒，也是在做“自旋”。

• failed 定义了线程是否获取资源；
• interrupted 定义了线程是否被中断；
• 在自旋中线程做的事：首先获取 node 的前驱节点 p ，如果 p 是头结点，也就是说 node 是第二个节点，并且尝试获取资源成功的话，将 node 节点设置为头结点，将对象 p 的后继节点，也就是之前的头结点置空，方便 GC 回收内存空间。
• 将线程获取资源失败置为 false ，并返回未被中断的结果；
• 如果没有获取到资源，那就在队列里等待，直到被 unpark() 。

未完待续