介绍

AQS：AbstractQueuedSynchronizer
jdk并发包中最基础&最重要的一个类，几乎所有的并发工具类都直接或间接的关联到这个类，所以如果想要深入学习和使用jdk中并发相关的源码，这个是躲不掉的一关。另外如果吃透了这个类的核心，那么在后面继续学习并发相关知识时也会达到事半功倍的效果。废话不多说，下面进入正题。

部分准备知识

如果想要学习AQS，那么有两个类是必须要先了解的，至少需要知道是干啥的。

UnSafe

这个类在rt.jar中，是一个很基础的类，然后打开源码一看，几乎全部是native 方法，是不是很懵？其实这个类是方便我们在Java中直接像C/C++一样去操作内存的，只不过不像C那么“随便”，UnSafe类只提供了封装好了的API，目的是防止开发“胡乱”使用。这里只简单的介绍我们会用到的几个方法。

1. 操作对象属性的

	 +  public native Object getObject(Object o, long offset);<br>
  通过给定的Java变量获取引用值。这里实际上是获取一个Java对象o中，获取偏移地址为offset的属性的值，此方法可以突破修饰符的抑制，也就是无视private、protected和default修饰符。类似的方法有getInt、getDouble等等。同理还有putObject方法.
    +  public native Object getObjectVolatile(Object o, long offset);<br>强制从主存中获取属性值。类似的方法有getIntVolatile、getDoubleVolatile等等。同理还有putObjectVolatile。
    
2. 线程挂起和恢复
   + public native void park(boolean isAbsolute, long time);<br>阻塞当前线程，一直等道unpark方法被调用。
   + public native void unpark(Object thread);<br> 释放被park创建的在一个线程上的阻塞。由于其不安全性，因此必须保证线程是存活的。
3. CAS机制
   + public final native boolean compareAndSwapObject(Object var1, long var2, Object var4, Object var5);
   + public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5);
   + public final native boolean compareAndSwapLong(Object var1, long var2, long var4, long var6);
 
 这三个都是对应的CAS操作，也是贯穿整个并发包的几个方法。

LockSupport

LockSupport是一个线程工具类，所有的方法都是静态方法，可以让线程在任意位置阻塞，也可以在任意位置唤醒。它的内部其实两类主要的方法：park（阻塞线程）和unpark（唤醒线程）。和Object对象的wait和notify类似，但是区别是后者需要获得锁，而LockSupport不需要，而且可以指定需要阻塞或者唤醒的线程。

怎么使用

如果需要使用AQS那么必须自己去继承这个基类，然后重写以下的方法：

tryAcquire
定义独占模式加锁，一般是通过CAS对state进行修改来定义加锁，比如ReentrantLock的实现就是将state+1等
tryRelease
定义独占模式解锁，如ReentrantLock则是判断出事持有线程就将state-1.
tryAcquireShared 定义共享模式加锁，如
tryReleaseShared

分别是独占模式和共享模式下面的锁的获取和释放。

独占模式：同时只能有一个线程持有锁
共享模式：同时可以有多个线程持有锁

在JDK源码中ReentrantLock 就是AQS的具体的使用，从Java层实现了独占模式下的可重入锁。

剖析原理

几个重要属性

state 同步状态

加锁和释放锁基本都是基于这个属性，修饰是volatile，保证所有线程都能看到比如对于可重入锁的实现就是state=1表示锁定状态，state=0 表示无锁，也是独占锁的模式再比如计数器或者信号量使用state来计数，也是共享锁实现的一种方式。

head

同步队列的头节点，每次释放锁的时候都会去唤醒这个节点的线程

tail

同步队列的尾节点

 Node 是AQS中同步队列（双向链表）的实体，head和tail都是Node，包装了线程和线程的等待状态.
 节点状态
   SIGNAL=1：      表示后续节点的线程需要unpark
   CANCELLED=-1：    表示当前节点的线程取消锁等待了
   CONDITION=-2：   表示当前节点的线程处于条件等待状态
   PROPAGATE=-3

执行流程

抽出几个步骤详细说明

加锁

AQS最初的入口acquire 方法

	public final void acquire(int arg) {
     if (!tryAcquire(arg) &&
         acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
         selfInterrupt();
 }

比如Lock的lock方法实现就有直接调用acquire的。

竞争

tryAcquire 正如上面说的，这个是需要子类实现的，也是加锁动作的定义（通俗的讲就是怎么“上锁”）；这边也是会发生竞争的地方，所以很多实现就是使用CAS这样的操作来完成的。

 protected boolean tryAcquire(int arg) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }

返回true：加锁成功，返回false：加锁失败

等待

竞争失败的线程需要被挂起，AQS框架中也是实现了，不需要实现者去自己实现了，在上图中这个一阶段也是比较复杂的。
首先是通过addWaiter 往同步队的末尾插入，通过CAS+自旋（循环）保证最终都会插入成功，并且将tail指向同步队列的队尾节点。
然后通过acquireQueued进行等待，该方法中会有一个死循环，每次都判断前一个节点是不是head，然后如果是则会执行一次锁抢占，目的是为了抢占成功的那个线程在释放锁前就异常了，只会有一点性能损耗，然后会进入park。
最后调用shouldParkAfterFailedAcquir判断是否应该挂起等待，此时会去判断前一个节点的waitstatus是否=SINGAL，如果是0，将其置为SINGAL，并返回true，然后进行park。

这边是整个AQS相对比较核心的地方需要多看源码，然后也可以跟踪调试，走一遍也就清楚了。

解锁

和加锁对应的解锁通过调用release开始进行，然后调用tryRelease，成功后就通过unparkSuccessor唤醒同步队列中的第一个线程，然后继续在acquireQueued方法中进行循环然后尝试去获取锁tryAcquire

条件对象

前面说过，AQS中有一个条件对象，它是Condition接口的实现，其主要作用是配合AQS实现更精确的线程同步。

Condition 主要方法 + await : 调用线程会进入条件队列，必须是获取了锁的线程才能调用，否则会抛出异常 + signal : 调用线程会唤醒条件队列里面的第一个线程，然后将其转入同步队列，也必须是获取了锁的线程才能调用，否则会抛出异常

类比Object的wait和notify方法,两者都是要在持有锁或者在同步方法块中（本质也是持有锁）的场景下使用。

个人理解

AQS ：提供了一个实现了阻塞锁以及依赖等待队列的相关同步器的框架核心使用了两个队列：同步队列和条件队列,加锁失败进入同步队列，拿到锁后通过条件对象可以将线程放入条件队列，也可以将条件队列中的线程转移到同步队列

同步队列（AQS）<->锁池（Object）
条件队列（AQS）<->等待池（Object）

不同之处：一个AQS实现的锁，只有一个同步队列，但是可以有多个条件队列，竞争时全局的，但是条件队列是和条件对象绑定的，只能被同一个条件进行阻塞和唤醒，不同的条件之间没有关系，唯一的就是唤醒时都会到同步队列里面去等待竞争

基于AQS的同步器

ReentrantLock

可重入独占锁，独占模式，实现了Lock接口，lock方法是对state进行赋值，如果赋值成功则加锁成功，否则进入等待队列并阻塞等待，如果是同一个线程多次加锁则是进行state的自增；解锁则是对state的自减，如果state=0表示已经没有线程持有锁了，并且通过AQS框架去通知等待队列的下一个线程去尝试加锁。

CountDownLatch

简介

用处

1. 开关，多个线程通过调用await从而进入等待状态，直到另外有一个线程进行countDown调用，从而唤醒等待的线程继续往下执行

2. 合并结果， 主线程通过调用await进行等待，直到其他多个线程全部调用countDown，从而唤醒等待的主线程继续执行

共享锁的一种实现

使用方法

1. 构造方法
	public CountDownLatch(int count) 初始化锁的个数

2. await()  本质是尝试获取共享锁 tryAcquireShared，state == 0 ？成功 ： 失败

3. countDown() 本质是释放共享锁 tryReleaseShared ，state -= 1

原理解释

1. 内部类Sync继承了AQS 实现了tryAcquireShared 和 tryReleaseShared 即共享锁
2. 新建时申明锁的个数N（state = N）

使用注意

1. 该同步器是一次性的，使用完不能被重置
2. 注意countDown的调用时机，避免出现并发错误

CyclicBarrier

简介

用处

每个线程都调用await进行等待，直到等待的线程数达到指定个数后，同时唤醒所有的等待线程往下继续执行
可以用来做并发测试，同时发出指定请求

使用方法

1. 构造方法
	public CyclicBarrier(int parties)  指定需要等待的线程个数
2. await 通过加锁对parties 进行减1 操作，并判断是否=0，如果没有达到屏障条件则使用condition.await将线程进行等待，如果达到了会调用condition.signalAll,	唤醒所有等待线程

原理解释

1. 内部构造了一个Lock（独占锁）和对应的Condition，通过条件对象让线程等待
2. 内部使用一个Generation 对象来标记是否到达屏障点，或者响应了线程中断
3. 每次达到屏障点后，会重置parties和内部使用一个Generation对象，从而达到可以循环使用

使用注意

1. CyclicBarrier在最后一个线程到达时会唤醒所有线程，

Semaphore

最后

膜拜一下大神 Doug Lea
拜一拜，妈妈再也不用担心我的并发学习了！