AQS Node ConditionObject阻塞队列 条件队列 ReentrantLock 公平锁/非公平锁

AQS Node ConditionObject阻塞队列 条件队列 ReentrantLock 公平锁/非公平锁

AQS简介

AQS（AbstractQueuedSynchronizer）是一个基于FIFO队列实现同步器，帮我们实现了入队规则和线程队列的唤醒工作。
Lock锁就是基于AQS实现的，可实现独占锁，共享锁和信号量。

AQS维护了两种队列，一个是本身的FIFO阻塞队列（结点叫做Node），另一个基于ConditionObject的条件队列。

AQS主要包含两个重要的内部类Node和ConditionObject

Node

Node是对线程的封装，它有个核心状态waitStatus，决定当前结点的后续操作（是否等待唤醒还唤醒后续结点），有如下四种状态

    // 表示线程已取消调度
    static final int CANCELLED =  1;
    // 等待唤醒
    static final int SIGNAL    = -1;
    // 等待同步锁
    static final int CONDITION = -2;
    // 共享模式下无条件传播（递归唤醒下一个结点线程）
    static final int PROPAGATE = -3;

• CANCEL(1)：当timeout或中断可变更为此状态，进入该状态的结点将不再发送变化
• SIGNAL(-1)：表示后续结点依赖当前结点唤醒，后继结点入队时，会将前继结点置为SIGNAL
• CONDITION(-2)：表示在获取对应条件的同步锁，当有线程调用Condition.signal()后，处于条件队列的线程就会转移到阻塞队列竞争锁
• PROPAGATE(-3)：共享模式下，前继结点会不断递归唤醒下一个结点
• 0：新节点的默认状态

负值表示为有效状态

ConditionObject

比如ReentrantLock.newCondition()就是基于ConditionObject实现的，条件队列的结点也是Node

    public class ConditionObject implements Condition, java.io.Serializable {
        private static final long serialVersionUID = 1173984872572414699L;
        /** First node of condition queue. */
        private transient Node firstWaiter;
        /** Last node of condition queue. */
        private transient Node lastWaiter;

AQS阻塞队列和条件队列

1. 当多个线程调用lock.lock()的时候只有一个获取到了锁，其他的就会转为node结点添加到阻塞队列中，并CAS自旋竞争锁。
2. 当获取锁的线程的条件变量的await()被调用时，就会释放当前锁，并加入到条件变量对应的条件队列中
3. 有一个线程调用了条件变量的signal()或signalAll()方法，就会把对应条件队列中的线程加入到阻塞队列中

基于AQS实现并发锁

可重写以下四个方法操控资源变量state

• tryAcquire(int arg)：获取独占锁

• tryRelease(int arg)：释放独占锁

• tryAcquireShared(int arg)：获取共享锁

• tryReleaseShared(int arg)：释放共享锁

ReentrantLock 实现原理

Lock锁可看作对synchronized的api扩充，可设置获取锁的超时时间，可通过tryLock得知加锁是否成功，可中断，可公平/不公平，并可以细分读写锁提升效率。

基于AQS设置公平（默认）和非公平锁
有个带参的构造方法，根据参数构建对应的同步器sync

	...
    private final Sync sync;
    ...
    public ReentrantLock(boolean fair) {
        sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
    }

这个FairSync和NonfairSync都继承了AbstractQueuedSynchronizer（AQS）

• 公平锁FairSync
  FairSync的tryAcquire()方法如下，新线程来获取同步锁的时候，通过hasQueuedPredecessors()判断是否有等待队列
  
  

• 非公平锁NonfairSync
  NonfairSync直接进行CAS加入到等待队列中
  

总结，基于AQS，Lock锁不用再去考虑线程入队和线程的唤醒的逻辑，只需重写tryAcquire/tryRelease或tryAcquireShared/tryReleaseShared方法去操纵信号量state即可。另外，要理解好AQS阻塞队列和条件队列的含义和逻辑，核心就是Node的waitStatus表示了线程的状态，ConditionObject是条件队列的核心。