【Java并发编程】 AQS是什么，以及AQS核心原理

AQS

AQS全称（AbstractQueuedSynchronizer）抽象队列同步器，是JUC包下的基础框架

常见的实现类有ReentrantLock、CountDownLatch、Semaphore 等

AQS的核心机制

1. state变量：用volatile修饰的int类型的state变量，volatile保证了线程间的可见性，当state = 0 无锁， state = 1 加锁

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

2. FIFO的阻塞队列：底层维护了一个FIFO的阻塞队列（双向链表），head指向队列中的头节点，tail指向队列中的尾节点、Node节点

         private transient volatile Node head;  
     
         private transient volatile Node tail;
     ```
     Node节点中主要包含 两个指针 和 线程信息
   
     ```java
     static final class Node {
         volatile int waitStatus;  //线程等待状态
         volatile Node prev;  //指向前一个NOde
         volatile Node next;  //指向后一个Node
         volatile Thread thread; // 保存等待的线程
         Node nextWaiter; //下一个等待的
     }
     ```
   
   
   

3. CAS操作：当修改state值时，使用CAS操作，保证操作的原子性

   protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
       // See below for intrinsics setup to support this
       return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
   }
   

   修改state 变量的get、set方法的都是fina 修饰的，无法重写，而且是 CAS 机制进行同步。如果是可重入锁，如果 ReentrantLock，每次重入都会将 state 的变量值+1，因此需要多次释放让 State 重新归零，才释放锁。

AQS执行流程

独占模式

在独占模式下，同一时间只有一个线程可以持有锁或同步状态。

1. 获取锁：

   • 线程尝试调用acquire(int arg)方法获取锁。
   • 该方法内部会首先调用tryAcquire(arg)尝试以原子方式更新state值。如果成功（即state从0变为非零值），则该线程获取到锁并继续执行；若失败（例如state已经不是0），则将当前线程封装成节点加入到同步队列尾部，并进入等待状态。
   • 在比如重入锁（ReentrantLock）情况下，state的值会随着同一个线程多次获取锁而增加，表明锁被重入的次数。

2. 释放锁：

   • 当持有锁的线程准备释放锁时，会调用release(int arg)方法。
   • 此方法会调用tryRelease(arg)减少state的值。当state回到0时，意味着锁已被完全释放，这时会唤醒同步队列中的下一个节点对应的线程，让其有机会获取锁。

共享模式

在共享模式下，允许多个线程同时持有锁或同步状态，但具体能有多少线程同时持有取决于具体的同步器实现。

1. 获取锁：

   • 线程调用acquireShared(int arg)方法尝试获取锁。
   • 方法内部会调用tryAcquireShared(int arg)尝试更新state值。如果返回值大于等于0，则表示获取成功，允许其他线程也尝试获取锁；如果返回值小于0，则当前线程无法获取锁，需要将自己封装成节点加入到同步队列尾部并等待。

2. 释放锁：

   • 持有锁的线程调用releaseShared(int arg)方法释放锁。
   • 该方法会调用tryReleaseShared(int arg)尝试更新state值。由于是共享模式，这里可能涉及到多个线程持有的情况，因此需要确保安全地减少计数，并且适当唤醒后续等待的线程。

AQS的重要实现类-ReentrantLock的底层工作原理