Abstract Queue Synchronizer——AQS

一、AQS简介

      AQS 的全称为（AbstractQueuedSynchronizer)，是一个用来构建锁和同步器的框架，使用 AQS 能简单且高效地构造出同步器， 如ReentrantLock，Semaphore，ReentrantReadWriteLock ，SynchronousQueue等。当然，我们自己也能利用 AQS 非常轻松容易地构造出符合我们自己需求的同步器。

 二、AQS原理

       AQS 核心思想通过共享资源状态（State）与阻塞对队列（Queue）实现互斥与共享，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，那么就将该请求线程加入阻塞队列，等待唤醒。AQS 是用 CLH 队列*锁实现的，即将暂时获取不到锁的线程加入到队列中。

*CLH是一个FIFO得同步双端队列 

State

     使用volatile修饰一个 int 成员变量来表示同步状态，并保证以原子操作修改该值，通过内置的 FIFO 队列来完成获取资源线程的排队工作。

 state通过三个protected修饰得方法进行操作getState()，setState()，compareAndSetState()

 

  三、AQS资源共享方式

       AQS包含独占（Exclusive）与共享（Share）两种资源共享方式，即ReentrantLock与Smaphore实现基础，接下来分别以ReentrantLock与Smaphore讲解AQS两种资源共享方式。

（1）Exclusive

       独占模式即同一时刻只有一个线程能执行，如 ReentrantLock。而独占锁内部根据阻塞进程唤醒方式不同，又可分为公平锁和非公平锁。

• 公平锁：按照线程再队列中得排队顺序，先到先得
• 非公平锁：当线程要获取锁时，先通过两次CAS操作区抢锁，如果没抢到，将当前线程加入阻塞队列等待唤醒；如过抢到锁，则占用执行（非公平）。

RenntrantLock考虑获得更好得性能，默认采用非公平锁，其采用模式可通过boolean来决定。

其获取锁得具体流程为：

 其中，CLH队列节点Node，通过waitStatus变量记录，该任务线程状态，其状态为：

• CANCELLED 取消
• SIGNAL 等待触发，前节点可能为head或取消状态
• CONDITION 等待条件状态，等待队列中
• PROPAGATE 状态向后传播

公平获取锁：

非公平获取锁

 

注：

1、非公平锁在调用lock后，首先会调用CAS进行一次抢锁，如果这时恰巧没被占用，则直接获取并返回；

2、非公平锁在CAS失败后，和公平锁一样进入到tryAcquire方法中，在tryAcquire中，若此时锁释放，非公平锁直接CAS抢锁，而公平锁会判断等待队列是否有线程处于等待状态，有则会排到队尾。

 其释放锁得具体流程为：

（2）Share

       共享模式即可以指定多个线程同时访问某个资源，如Semaphore。与独占方式一样，内部根据阻塞进程唤醒方式不同，又可分为公平锁和非公平锁，分别对应两种构造函数，相较于独占方式，两个构造方法，都必须额外提供一个int变量permits，表示可共享得资源个数。

       当执行任务的线程数量超出permits，则多余的线程将会被放入阻塞队列Park,并自旋判断state是否大于0。只有当state大于0的时候，阻塞的线程才能继续执行，此时先前执行任务的线程继续执行release方法，release方法使得state的变量会加1，那么自旋的线程便会判断成功。如此，每次只有最多不超过permits数量的线程能自旋成功，便限制了执行任务线程的数量。

其获取锁得具体流程为：

  其释放锁得具体流程为：

 AQS 使用了模板方法模式，自定义同步器时需要实现如下几个 AQS 提供的模板方法：

（1）isHeldExclusively                 //该线程是否独占资源 

（2）tryAcquire(int)                      //独占方法，获取锁

（3）tryRelease(int)                     //独占方式，释放锁

（4）tryAcquireShared(int)          //共享方法，获取锁

（5）tryReleaseShared(int)         //共享方式，释放锁