简说java-AQSAQS是什么 AQS（AbstractQueuedSynchronizer），抽象队列同步器，基于M

AQS是什么

AQS（AbstractQueuedSynchronizer），抽象队列同步器，基于MESA模型实现，是一个位于java.util.concurrent.locks包下的抽象类。

大多数同步器实现都是围绕共同的基础行为，如等待队列，条件队列，独占获取，共享获取等，而这些行为的抽象是基于AQS实现的，AQS是一个抽象同步框架，可以用来实现一个依赖状态的同步器。 JDK中提供的大多数同步器如Lock,Latch,Barrier等，都是基于AQS框架来实现的。

一般是通过一个内部类Sync继承AQS
将同步器所有调用都映射到Sync对应的方法

MESA模型

MESA模型是管程的一种实现策略。

MESA模型的组成

MESA模型由4部分组成：

enterQueue：管程的入口队列，当线程在申请进入管程中发现管程已被占用，那么就会进入该队列并阻塞。
varQueue: 条件变量等待队列 ，在线程执行过程中(已进入管程)，条件变量不符合要求，线程被阻塞时会进入该队列。
condition variables：条件变量，存在于管程中，一般由程序赋予意义，程序通过判断条件变量执行阻塞或唤醒操作。
阻塞和唤醒机制：wait()和await()就是阻塞操作。notify()和notifyAll()就是唤醒操作。

步骤

（1）多个线程进入入口等待队列enterQueue，JVM会保证只有一个线程能进入管程内部，Synchronized中进入管程的线程随机。

（2）进入管程后通过条件变量判断当前线程是否能执行操作，如果不能，则调用阻塞方法。反之，执行相应操作。

（3）条件变量调用阻塞方法，将当前线程放入varQueue，等待其他线程唤醒，返回enterQueue。

（4）执行相应操作，执行完毕后调用notify/notifyAll等唤醒操作，唤醒对应varQueue中的一个或多个等待线程。

（5）被唤醒的线程会从varQueue放入enterQueue中。

（6）被唤醒的线程不会立即执行，会被放入enterQueue，等待JVM下一次选择运行，而正在运行的线程会继续执行，直到程序执行完毕。

Java针对管程有两种实现

基于Object的Monitor机制，用于synchronized内置锁的实现
抽象队列同步器AQS，用于JUC包下的Lock锁机制的实现

AQS的实现

案例

以ReentrantLock为例


```java
/**
 * Synchronization implementation for ReentrantReadWriteLock.
 * Subclassed into fair and nonfair versions.
 */
abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
    private static final long serialVersionUID = 6317671515068378041L;

    /*
     * Read vs write count extraction constants and functions.
     * Lock state is logically divided into two unsigned shorts:
     * The lower one representing the exclusive (writer) lock hold count,
     * and the upper the shared (reader) hold count.
     */
     .....

核心结构

同步状态

使用共享变量state，volatile修饰保证线程可见性,state用于子类实现加锁与解锁的逻辑。这个状态的具体含义取决于AQS的子类如何使用它。例如，在ReentrantLock中，它表示持锁的计数；在Semaphore中，它表示剩余的许可数。

/**
 * The synchronization state.
 */
private volatile int state;

/**
 * Returns the current value of synchronization state.
 * This operation has memory semantics of a {@code volatile} read.
 * @return current state value
 */
protected final int getState() {
    return state;
}

/**
 * Sets the value of synchronization state.
 * This operation has memory semantics of a {@code volatile} write.
 * @param newState the new state value
 */
protected final void setState(int newState) {
    state = newState;
}

节点

AQS内部使用队列来维持线程的排队状态，它是一个虚拟的双向队列（双向链表）。每个参与同步状态竞争的线程都被封装成一个节点（Node类）并加入此队列。

节点状态：

值为0，初始化状态，表示当前节点在sync队列中，等待着获取锁。
CANCELLED，值为1，表示当前的线程被取消；
SIGNAL，值为-1，表示当前节点的后继节点包含的线程需要运行，也就是unpark；
CONDITION，值为-2，表示当前节点在等待condition，也就是在condition队列中；
PROPAGATE，值为-3，表示当前场景下后续的acquireShared能够得以执行；

同步等待队列

AQS当中的同步等待队列也称CLH队列，CLH队列是Craig、Landin、Hagersten三人发明的一种基于双向链表数据结构的队列，是FIFO先进先出线程等待队列，Java中的CLH队列是原CLH队列的一个变种,线程由原自旋机制改为阻塞机制。

AQS 依赖CLH同步队列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。
通过signal或signalAll将条件队列中的节点转移到同步队列。（由条件队列转化为同步队列）

条件等待队列

AQS中条件队列是使用单向链表保存的，用nextWaiter来连接:

调用await方法阻塞线程；
当前线程存在于同步队列的头结点，调用await方法进行阻塞（从同步队列转化到条件队列）

获取和释放同步状态

AQS定义了模板方法acquire和release，这些方法分别用于获取和释放同步状态。具体行为则通过覆盖tryAcquire和tryRelease等方法实现。

获取状态：acquire方法调用tryAcquire尝试直接获取资源，失败则将线程加入等待队列。

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


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

释放状态：release方法调用tryRelease来改变同步状态，并尝试唤醒队列中的后续节点。

public final boolean release(int arg) {
    if (tryRelease(arg)) {
        Node h = head;
        if (h != null && h.waitStatus != 0)
            unparkSuccessor(h);
        return true;
    }
    return false;
}

以ReentrantLock为例，说明入队与出队的情况。

总结

AQS的核心思想是基于一个volatile类型的int成员变量（称为state）来构造锁的具体实现，以及等待队列来完成对锁的分配。当线程尝试获取同步状态时，AQS会利用模板方法模式，让子类去定义获得许可的状态变更是否应该发生。如果由于某些原因（例如状态不可用）导致获取失败，则会将请求放入到一个CLH（Craig-Landin-Hagersten）类型的FIFO（先进先出）等待队列中，并阻塞对应的线程。

AQS支持两种基本的获取共享资源模式：

独占模式：只有一个线程可以执行，如ReentrantLock。
共享模式：多个线程可以同时执行，如Semaphore或CountDownLatch。

AQS的主要作用包括但不限于：

提供了内部队列来管理等待的线程。
定义了获取和释放同步状态的基本方法。
允许子类通过继承来实现特定的同步语义。

很多常见的Java并发工具类，如ReentrantLock, ReentrantReadWriteLock, Semaphore, CountDownLatch等，都是基于AQS来实现的。