AQS的原理浅析

AQS即AbstractQueuedSynchronizer，是实现ReentrantLock、Semaphore、CountDownLutch等同步工具的关键。

AQS本身是一个队列，每个队列元素为一个Node节点，每个Node都有特定的mode状态，如Node.CONDITION、Node.SIGNAL、Node.EXCLUSIVE、Node.SHARED等等。

AQS内部有一个int型的state属性，用于记录锁的状态。

拿ReentrantLock来说，其内部有几个AQS的子类实现（都是ReentrantLock的内部类），非公平锁是NofairSync类，公平锁是FairSync。ReentrantLock的lock方法调用的就是AQS的lock方法，其原理是：

尝试用CAS把state变量从无锁0修改为有锁1

• 如果成功，设置当前新线程为排它线程（exclusiveOwnerThread属性）。此时获得排它锁。
• 如果失败，那么调用tryAcquire方法，该方法会首先再次以CAS的方式获取锁，如果还失败，就判断当前线程是不是已经获取过一次锁了，如果是就把state+1，并返回true（加锁成功）。以上尝试都失败，则返回false，tryAcquire失败。
• tryAcquire失败了，说明锁已被其他线程征用，此时当前线程就要包装成一个Node加入到等待队列的尾部（这里也是CAS操作），Node的mode类型是排它锁（Node.EXCLUSIVE）。
• 加入等待队列后，队列本身是FIFO的，当前线程会一直判断前面的线程是不是处理完了（前一个节点是头结点，说明前面的线程都处理完了）。
  • 如果是那么再次调用tryAcquire方法获取锁。如果失败了，继续放入等待队列尾部，周而复始。如果成功了，那么把当前Node节点设置为头，当前线程就可以继续执行任务了。（执行完后必须unlock释放锁，并唤醒后续等待的线程）
  • 如果前面的节点不是头结点，那么当前线程救会被挂起（park方法），在挂起之前，会把当前线程所在Node前一个的节点mode设置为Node.SIGNAL。

ReentrantLock的unlock方法实际调用的是AQS的release方法。其原理是：

• 线程执行完成后，会进行一系列释放资源操作，最后调用unparkSuccessor方法，作用就是调用unpark唤醒下一个等待队列的有效Node中的线程。线程被唤醒后，又是死循环去tryAcquire，周而复始。

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以上是排它锁，如果是共享锁，其实也是用的同一个state属性，state是个int类型，高16位用来加共享锁，低16位用来加排它锁。读写锁就是基于这个思路实现。写锁跟排它锁很类似，读锁调用的是tryAcquireShared方法，这个方法只会检测排它锁，如果只有共享锁，不会进入等待队列。也就是说，只有读读线程不会互斥，其他都互斥。

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AQS的主要方法：

• 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，失败则返回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。
• tryReleaseShared(int)：共享方式。尝试释放资源，如果释放后允许唤醒后续等待结点返回true，否则返回false。