谈谈你对AQS的理解

1. 定义

AQS是Abstract Queued Sychronizier（抽象排队同步器）的简称，是并发编程中比较核心的一个组件。

这个组件是JUC（java.util.concurrent）这个包下面lock锁的一个底层实现。我们可以用它来实现这个lock底层的重入锁，就是去实现锁的竞争，这样的一个同步器。

JUC包是Java并发工具包，提供了高效、线程安全的数据结构和并发工具，帮助开发者更方便地进行多线程编程，避免传统 synchronized 和 wait/notify 方式的局限性。

CLH的全称是 Craig、Landin、Hagersten，由三位计算机科学家（Craig S. Landin、Edwin Hagersten 等）的姓氏首字母组成。这是并发编程中一种经典的锁算法，全称通常写作 Craig, Landin, and Hagersten Locks。

AQS 的 CLH 变体队列是一个双向队列，会暂时获取不到锁的线程将被加入到该队列中，CLH 变体队列和原本的 CLH 锁队列的区别主要有两点：

• 由 自旋 优化为 自旋 + 阻塞 ：自旋操作的性能很高，但大量的自旋操作比较占用 CPU 资源，因此在 CLH 变体队列中会先通过自旋尝试获取锁，如果失败再进行阻塞等待。
• 由 单向队列 优化为 双向队列 ：在 CLH 变体队列中，会对等待的线程进行阻塞操作，当队列前边的线程释放锁之后，需要对后边的线程进行唤醒，因此增加了 next 指针，成为了双向队列。

2. 提供的两种锁机制

AQS是多线程同步器，它是J.U.C包中多个组件的底层实现，比如说像lock、CountDownlatch、Semaphore都用到了AQS。从本质上来说，AQS提供了两种锁的机制，分别是排它锁和共享锁。

这也是AQS定义的两种资源共享方式：要么是独占，要么是共享。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。

2.1 共享锁

共享锁也称为读锁，就是在同一个时刻允许多个线程同时获得这样一个锁的资源，比如CountDownLatch以及Semaphore都用到了AQS中的共享锁的功能。

2.2 排他锁

所谓排他锁就是存在多个线程去竞争同一共享资源的时候，同一个时刻只允许一个线程去访问这样一个共享资源。也就是说多个线程中只有一个线程去获得这样一个锁的资源。比如lock中的Reentrantlock重入锁。它的一个实现就是用到了AQS中的一个排他锁的功能。

那么AQS作为互斥锁来说，他的整体设计体系中，需要解决三个核心的问题：

1. 互斥变量的设计，以及如何保证多线程同时更新互斥变量的时候，线程的安全性。
2. 未竞争到锁资源的线程的等待。以及竞争到锁的资源，释放锁之后的唤醒。
3. 锁竞争的公平性和非公平性。AQS采用了一个int类型的互斥变量state，用来记录锁竞争的一个状态。0表示当前没有任何线程竞争锁资源，而大于等于1表示已经有线程正在持有锁资源。

3. 工作原理

一个线程来获取锁资源的时候，首先会判断state是否等于0，也就是说它是无锁状态。如果是，则把这个state更新成1，表示占用到锁。

而这个过程中，如果存在同时多次做这样的一个操作，就会导致线程安全性问题。因此 AQS 采用了CAS机制 ，去保证state互斥变量更新的一个原子性。未获得到锁的线程通过Unsafe类中的park方法去进行阻塞，把阻塞的线程按照先进先出的原则，去加入到双向链表的一个结构中。

当获得锁资源的线程释放锁之后，会从这样一个双向链表的头部去唤醒下一个等待的线程，再去竞争锁。

4. 锁竞争的公平性和非公平性问题

4.1 公平锁

最后关于锁竞争的公平性和非公平性的问题，AQS的处理方法是在竞争锁资源时候，公平锁需要去判断双向链表中是否有阻塞的线程，如果有的话，需要排队等待。

4.2 非公平锁

而非公平锁的处理方式是，不管双向链表中是否存在等待竞争锁的线程，那么他都会直接去尝试更改互斥变量state去竞争锁。

假设在一个临界点，获得锁的线程释放锁，此时state等于0。而当前的这个线程去抢占锁的时候，正好可以把state修改成1，那么这个时候就表示他可以拿到锁，而这个过程是非公平的。

参考资料：

1. 【Java面试】大厂高薪岗位必问面试题，谈谈你对AQS的理解
2. 【AQS详解】