AQS

AbstractQueuedSynchronizer（AQS），类如其名，抽象的队列式同步器，AQS定义了一套多线程访问共享资源的同步器框架，许多同步器实现都依赖于它，如ReentrantLock、CountDownLatch等。

它维护了一个volatile int state（代表共享资源）和一个FIFO线程等待队列（多线程争用资源被阻塞时进入此队列）。state的访问方式有三种：getState（）、setState（）、compareAndSetState（）。

AQS定义两种资源共享方式：Exclusive（独占，只有一个线程能执行，如ReentrantLock）和Share（共享，多个线程可同时执行，如Semaphore、CountDownLatch）。

不同的自定义同步器争用共享资源的方式也不同。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。自定义同步器实现时主要实现以下几种方法：

• isHeldExclusively（）：该线程是否正在独占资源。只有用到condition才需要去实现它。
• tryAcquire（int）：独占方式。尝试获取资源，成功则返回true，失败返回false。
• tryRelease（int）：独占方式。尝试释放资源，成功则返回true。失败则返回false。
• tryAcquireShared（int）：共享方式。尝试获取资源。负数表示失败；0表示成功，但没有剩余可用资源；正数表示成功，且有剩余资源。
• tryReleaseShare（int）：共享方式。尝试释放资源，成功则返回true，失败返回false。

以ReentrantLock为例，state初始化为0，表示未锁定状态。A线程lock（）时，会调用tryAcquire（）独占该锁并将state+1，此后，其他线程再tryAcquire（）时就会失败，直到A线程unlock（）到state=0（即释放锁）为止，其他线程才有机会获取该锁。当然，释放锁之前，A线程自己是可以重复获取此锁的（state会累加），这就是可重入的概念。但要注意，获取多少次就要释放多少次，这样才能保证state是能回到零状态的。

再以CountDownLatch为例，任务分为N个子线程去执行，state也初始化为N（N要与线程个数一致）。这N个子线程是并行执行的，每个子线程执行完后countDown（）一次，state会CAS减1，等到所有子线程都执行完后（即state=0），会unpark（）住调用线程，然后住调用线程就会await（）函数返回，继续后余动作。

一般来说，自定义同步器要么独占方法，要么是共享方式，他们也只需实现tryAcquire、tryRelease、tryAcquireShared、tryReleaseShared中的一种即可。但AQS也支持自定义同步器同时实现独占和共享两种方式，如ReentrantReadWriteLock。

源码详解

acquire（int）

此方法是独占模式下线程获取共享资源的顶层入口。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，且整个过程中忽略中断的影响。这也正是lock（）的语义，当然不仅仅只限于lock（）。获取到资源后，线程就可以去执行其他临界区代码了。代码如下：

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

函数流程如下：

• tryAcquire（）尝试直接去获取资源，如果成功则直接返回。
• addWaiter（）将该线程加入等待队列的尾部，并标记为独占模式。
• acquireQueue（）使线程在等待队列中获取资源，一直获取到资源后才返回。如果在整个等待过程中被中断过，则返回true，否则返回false。
• 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。

tryAcquire（int）

此方法尝试去获取独占资源，如果获取成功，则直接返回true，否则直接返回false。这也正是tryLock（）的语义，也不仅仅只限于tryLock（）。

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

直接抛异常？AQS只是一个框架，具体资源的获取/释放方式由自定义同步器去实现，至于能不能重入，能不能加塞，那就看具体的自定义同步器怎么去设计了，当然，自定义设计的同步器还要考虑线程安全。

addWaiter（Node）

此方法用于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。

private Node addWaiter(Node mode) {
	// 以给定模式构造结点。mode有两种：EXCLUESIVE（独占）和SHARED（共享）
    Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
    // 尝试快速方式直接放到队尾
    Node pred = tail;
    if (pred != null) {
        node.prev = pred;
        if (compareAndSetTail(pred, node)) {
            pred.next = node;
            return node;
        }
    }
    // 上一步失败则通过enq入队
    enq(node);
    return node;
}

enq（Node）

此方法将node加入队尾

private Node enq(final Node node) {
    // CAS自旋，知道成功加入队尾
	for (;;) {
        Node t = tail;
        if (t == null) { // 队列为空，创建一个空的标志结点作为head结点，并将tail也指向它
            if (compareAndSetHead(new Node()))
                tail = head;
        } else { // 正常流程，放入队尾
            node.prev = t;
            if (compareAndSetTail(t, node)) {
                t.next = node;
                return t;
            }
        }
    }
}

这里CAS自旋volatile变量，很经典的用法。

acquireQueued（Node，int）

通过tryAcquire()和addWaiter()，该线程获取资源失败，已经被放入等待队列尾部了。聪明的你立刻应该能想到该线程下一部该干什么了吧：进入等待状态休息，直到其他线程彻底释放资源后唤醒自己，自己再拿到资源，然后就可以去干自己想干的事了。没错，就是这样！是不是跟医院排队拿号有点相似~~acquireQueued()就是干这件事：在等待队列中排队拿号（中间没其它事干可以休息），直到拿到号后再返回。这个函数非常关键 

final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
    // 标记是否成功拿到资源
	boolean failed = true;
    try {
    	// 标记等待过程中是否被中断过
        boolean interrupted = false;
        // 自旋
        for (;;) {
        	// 拿到前驱
            final Node p = node.predecessor();
            // 如果前驱是head，即该结点已成为老二，那么便有资格
            // 去尝试获取资源（可能是老大释放完资源唤醒自己的）
            // （当然也可能被interrupt了）
            if (p == head && tryAcquire(arg)) {
               // 拿到资源后，将head指向该结点。所以head所指的标杆结点，
            	// 就是当前获取到资源的那个结点或null
            	setHead(node);
                // setHead中node.prev已置为null，此处再将head.next置为null，
            	// 就是为了方便GC回收以前的head结点，也就意味着之前拿完资源的结点出队了
            	p.next = null; 
                failed = false;
                //返回等待过程中是否被中断过
                return interrupted;
            }
            // 如果自己可以休息了，就进入waiting状态，直到被unpark（）
            if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                parkAndCheckInterrupt())
               // 如果等待过程中被中断过，哪怕只有那么一次，就将interrupted标记为true
            	interrupted = true;
        }
    } finally {
        if (failed)
            cancelAcquire(node);
    }
}

shouldParkaAfterFailedAcquire（Node，Node）

此方法主要用于检查状态，看看自己是否真的可以去休息了（进入waiting状态），万一队列前边的线程都放弃了只是瞎站着，这都不一定

private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
    // 拿到前驱的状态
	int ws = pred.waitStatus;
    if (ws == Node.SIGNAL)
        // 如果已经告诉前驱拿完号后通知自己一下，那就可以安心休息了
        return true;
    if (ws > 0) {
        // 如果前驱放弃了，那就一直往前找，直到找到最近一个正常等待的状态，并排在他的后边
    	// 注意，那些放弃的结点，由于被自己“加塞”到他们前边，他们相当于形成一个无引用链，稍后就会被GC
        do {
            node.prev = pred = pred.prev;
        } while (pred.waitStatus > 0);
        pred.next = node;
    } else {
        // 如果前驱正常，那就把前驱的状态设置为SIGNAL，告诉他拿完号后通知自己一下，
    	// 有可能失败，人家说不定刚刚释放完
        compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);
    }
    return false;
}

整个流程中，如果前驱结点的状态不是SIGNAL，那么自己就不能安心去休息，需要去找个安心的休息点，同时可以再尝试看有没有轮到自己拿号。

parkAndCheckInterrupt（）

如果线程找好安全休息点后，那就可以安心去休息了。此方法就是让线程去休息，真正进入等待状态。

private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
    //调用park（）使线程进入waiting状态
	LockSupport.park(this);
	// 如果被唤醒，查看自己是不是被中断的
    return Thread.interrupted();
}

park（）会让当前线程进入waiting状态，在此状态下，有两种途径可以唤醒该线程：1）被unpark（）；2）被interrupt（）。需要注意的是，Thread.interrupted（）会清除当前线程的中断标记位。

小结

我们看了shouldParkaAfterFailedAcquire和parkAndCheckInterrupt，现在回到acquireQueued（），总结该函数的流程：

1. 结点进入队尾后，检查状态，找到安全休息点；
2. 调用park（）进入waiting状态，等待unpark（）或interrupt（）唤醒自己。
3. 被唤醒后，看自己是不是有资格能拿到号。如果拿到，head指向当前结点，并返回从入队到拿到号的整个过程中是否被中断过；如果没有拿到，继续流程1。

小结

acquireQueued（）分析之后，我们在回到acquire（）

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

总结其流程：

1. 调用自定义同步器的tryAcquire（）尝试直接去获取资源，如果成功则直接返回；
2. 没成功，则addWaiter（）将该线程加入等待队列的尾部，并标记为独占模式；
3. acquireQueued（）使线程在等待队列中休息，有机会时（轮到自己，会被unpark（））会去尝试获取资源。获取到资源后才返回，如果在整个等待过程中被中断过，则返回true，否则返回false。
4. 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。

此函数很重要，流程图如下：

至此acquire（）就算告一段落了，这也就是ReentrantLock.lock（）的流程。

release（int）

此方法是独占模式下线程释放共享资源的顶层入口。他会释放指定量的资源，如果彻底释放了（即state=0），他会唤醒等待队列里的其他线程来获取资源，这也正是unlock（）的语义，也不仅仅只限于unlock（）。

public final boolean release(int arg) {
    if (tryRelease(arg)) {
        // 找到头结点
    	Node h = head;
        if (h != null && h.waitStatus != 0)
            // 唤醒等待队列里的下一个线程
        	unparkSuccessor(h);
        return true;
    }
    return false;
}

他调用tryRelease（）来释放资源，有一点需要注意，它是根据tryRelease（）的返回值来判断该线程是否完成释放掉资源了，所以自定义同步器在设计tryRelease（）的时候要明确这一点。

tryRelease（int）

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

和tryAcquire（）一样，这个方法是需要独占模式的自定义同步器去实现的。正常来说，tryRelease（）都会成功的，因为这是独占模式，该线程来释放资源，那么它肯定已经拿到独占资源了，直接减掉相应量的资源即可（state-=arg），也不需要考虑线程安全的问题。但要注意它的返回值，release（）是根据tryRelease（）返回值来判断该线程是否已经完成释放资源了。所以自定义同步器在实现时，如果已经彻底释放资源（state=0），要返回true，否则返回false。

unparkSuccessor（Node）

此方法用于唤醒等待队列中下一个线程。

private void unparkSuccessor(Node node) {
    // 这里node一般为当前线程所在的结点
    int ws = node.waitStatus;
    // 置当前线程所在的终点状态，允许失败
    if (ws < 0)
        compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);

   // 找到下一个需要唤醒的结点
    Node s = node.next;
    if (s == null || s.waitStatus > 0) {//如果为空或已取消
        s = null;
        for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)
            // 从这可看出，<=0的结点，都是还有效的结点
        	if (t.waitStatus <= 0)
                s = t;
    }
    if (s != null)
        LockSupport.unpark(s.thread);// 唤醒
}

一句话：用unpark（）唤醒等待队列中最前边的那个未放弃线程，这里我们用s来表示，再和acquireQueued（）联系起来，s被唤醒后，进入if（p==head && tryAcquire（arg））的判断（即使p！=head也没关系，它会再进入shouldParkAfterFailedAcquire（）寻找一个安全点。这里既然s已经是等待队列中最前边的那个未放弃线程了，那么通过shouldParkAfterFailedAcquire（）的调整，s也必会跑到head的next结点，下一次自旋p==head就成立了），然后s把自己设置成head标杆结点，表示自己已经获取到资源了，acquire（）也返回了。

小结

release（）是独占模式下线程释放共享资源的顶层入口，它会释放指定量的资源，如果彻底释放（state=0），它会唤醒等会带队列里的其他线程来获取资源。

acquireShared（int）

此方法是共享模式下线程获取共享资源的顶层入口，它会获取指定量的资源，获取成功则直接返回，，获取失败则进入等待队列，知道获取到资源为止，整个过程忽略中断。

public final void acquireShared(int arg) {
        if (tryAcquireShared(arg) < 0)
            doAcquireShared(arg);
    }

这里tryAcquireShared（）依然需要自定义同步器去实现。但是AQS已经把其返回值的语义定义好了；负值代表失败；0代表获取成功，但没有剩余资源整数表示获取成功，还有剩余资源，其他线程还可以去获取。所以这里acquireShared（）流程就是：

1. tryAcquireShared（）尝试获取资源，成功则直接返回。
2. 失败则通过doAcquireShared（）进入等待队列，直到获取到资源为止才返回。

doAcquireShared（int）

此方法用于将当前线程加入等待队列尾部休息，直到其他线程释放资源唤醒自己，自己成功拿到相应量的资源后才返回。

private void doAcquireShared(int arg) {
	// 加入队列尾部
    final Node node = addWaiter(Node.SHARED);
    //是否成功标志
    boolean failed = true;
    try {
    	// 等待过程中是否被中断过的标志
        boolean interrupted = false;
        for (;;) {
            //前驱
        	final Node p = node.predecessor();
            //如果到head的下一个，因为head是拿到资源的线程，
        	//此时node被唤醒，很可能是head用完资源来唤醒自己的
        	if (p == head) {
                //尝试获取资源
        		int r = tryAcquireShared(arg);
                if (r >= 0) {//成功
                    // 将head指向自己，还有剩余资源可以再唤醒之后的线程
                	setHeadAndPropagate(node, r);
                    p.next = null; // help GC
                    if (interrupted)//如果等待过程中被打断过，此时将中断补上
                        selfInterrupt();
                    failed = false;
                    return;
                }
            }
        	//判断状态，寻找安全点，进入waiting状态，等着被unpark（）或被interrupt（）
            if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                parkAndCheckInterrupt())
                interrupted = true;
        }
    } finally {
        if (failed)
            cancelAcquire(node);
    }
}

是不是和acquireQueued（）很相似，其实流程并没有太大区别，只不过这里将补中断的selfInterrupt（）放到doAcquireShared（）里了，而独占模式是放到acquireQueued（）之外。

跟独占模式相比，还有一点需要注意，这里只有线程是head next时（“老二”），才会去尝试获取资源，有剩雨的话还会被唤醒之后的队友。假如老大用完后释放了5个资源，而老二需要6个，老三需要1个，老四需要2个。因为老大先唤醒老二，老二一看资源不够自己用继续park（），也更不回去唤醒老三和老四了，独占模式，同一时刻只有一个线程执行。但共享模式下，多个线程是可以同时执行的，现在因为老二的资源需求量大，而把后面量小的老三和老四也都卡住了。

setHeadAndPropagate（Node，int）

private void setHeadAndPropagate(Node node, int propagate) {
    Node h = head; // Record old head for check below
    //head指向自己
    setHead(node);
    //如果还有剩余量，继续唤醒下一个邻居线程
    if (propagate > 0 || h == null || h.waitStatus < 0 ||
        (h = head) == null || h.waitStatus < 0) {
        Node s = node.next;
        if (s == null || s.isShared())
            doReleaseShared();
    }
}

此方法在setHead（）的基础上多了一步，就是自己已苏醒的同时，如果条件符合（如还有剩余资源），还会去唤醒后续结点，毕竟是共享模式。

小结

acquireShared（）的流程：

1. tryAcquireShared（）尝试获取资源，成功则直接返回；
2. 失败则通过doAcquireShared（）进入等待队列park（），直到被unpark（）/interrupt（）并成功获取到资源才返回。整个等待过程是忽略中断的。

其实跟acquire（）流程大同小异，只不过多了个自己拿到资源后，还会去唤醒后继队友的操作。

releaseShared（）

此方法是共享模式下线程释放共享资源的顶层入口，它会释放指定量的资源，如果彻底释放了（即state=0），它会唤醒等待队列里的其他线程来获取资源。

public final boolean releaseShared(int arg) {
  
	if (tryReleaseShared(arg)) {//尝试释放资源
        doReleaseShared();//唤醒后继结点
        return true;
    }
    return false;
}

释放掉资源后，唤醒后继。跟独占模式下的release（）相似，但有一点稍微需要注意：独占模式下的tryRelease（）在完全释放掉资源（state=0）后，才会返回true去唤醒其他线程，这主要是基于可重入的考量；而共享模式下的releaseShared（）则没有这种要求，一是共享的实质-多线程可并发执行；二是共享模式基本也不会重入，所以自定义同步器可以根据需要决定返回值。

doReleaseShared（）

此方法主要用于唤醒后继。

private void doReleaseShared() {
    
    for (;;) {
        Node h = head;
        if (h != null && h != tail) {
            int ws = h.waitStatus;
            if (ws == Node.SIGNAL) {
                if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0))
                    continue;            // loop to recheck cases
                unparkSuccessor(h);//唤醒后继
            }
            else if (ws == 0 &&
                     !compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE))
                continue;                // loop on failed CAS
        }
        if (h == head)// head发生变化
            break;
    }
}

小结

值得注意的是，acquire（）和acquireShared（）两种方法，线程在等待队列中都是忽略中断的。AQS页游支持响应中断的如acquireInterruptibly（）/acquireSharedInterruptibly（）。

转自：http://www.cnblogs.com/waterystone/p/4920797.html