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`

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