AQS原理初探

AQS原理初探

AQS全称为AbstractQueuedSynchronizer，如果直接按名字翻译的话就是抽象队列式同步器，AQS定义了一套多线程访问共享资源的同步器框架，许多同步类的实现都依赖于它，如ReentrantLock(可重入锁)、Semaphore(信号量)等等。它是构建锁或者其他同步组件的基础框架。

可重入锁

这里解释一下可重入锁：可重入锁就是如果某个线程已经获得某个锁，可以再次获取该锁而不会导致死锁。ReentrantLock以及synchronized都是可重入锁，其中ReentrantLock需要自己手动释放(如果获取次数和释放次数不一致会有问题)，而synchronized会自动释放。

AQS成员变量

    private transient volatile Node head;		// 队列的头节点

    private transient volatile Node tail;		// 队列的尾节点

    private volatile int state;				// 标识同步状态

使用int类型的state是AQS定义线程获取锁的模式包括独占模式和共享模式，所以使用int可以标识这两种状态。

AQS如何实现同步

AQS使用一个int类型的成员变量state来表示同步状态，当state>0时表示已经获得了锁，当state=0时表示释放了锁，它提供了三个方法getState(),setState(int newState),compareAndSetState(int expect, int update)来对同步状态state进行操作，当然AQS可以确保对state的操作是安全的。

state是volatile类型的变量，volatie保证了共享变量的可见性和有序性，但是不保证原子性，所以这里还有一个cas操作保证了设置state操作的原子性。

    private volatile int state;

    
    protected final int getState() {
   	// 返回当前状态的值
        return state;
    }

    
    protected final void setState(int newState) {
   	// 设置当前状态的值
        state = newState;
    }

    // 以cas的方式设置当前状态的值
    protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
   	
        // See below for intrinsics setup to support this
        return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
    }

AQS定义了两种资源共享方式：Exclusive(独占方式，只有一个线程执行)和Share(共享式，多个线程可以同时执行)

CLH同步队列

CLH同步队列是一个FIFO双向队列，AQS依赖它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。

在CLH同步队列中，一个节点表示一个线程，它保存着线程的引用（thread）、状态（waitStatus）、前驱节点（prev）、后继节点（next），其数据结构如下

队列的node节点包含如下字段：

	/** 标识该节点在共享模式 */
        static final Node SHARED = new Node();
        /** 标识该节点在独占模式 */
        static final Node EXCLUSIVE = null;

	/** 标识此线程取消了争夺锁的操作 */
        static final int CANCELLED =  1;
        
	// 表示当前节点的后继节点对应的线程需要被唤醒
        static final int SIGNAL    = -1;
        /** waitStatus value to indicate thread is waiting on condition */
        static final int CONDITION = -2;
        /**
         * waitStatus value to indicate the next acquireShared should
         * unconditionally propagate
         */
        static final int PROPAGATE = -3;

        
	// 当前线程的状态
        volatile int waitStatus;

        /**
         * 当前结点的前置结点
         */
        volatile Node prev;

        /**
         * 当前结点的下一个结点
         */
        volatile Node next;

        /**
         * 使该结点排队的线程，在构造函数中初始化，并且用完以后置为null
         */
        volatile Thread thread;

        /**
         * 指向下一个等待某一条件的结点，或者处于SHARED状态的结点
         */
        Node nextWaiter;

如何自定义同步器

不同的自定义的同步器争用共享资源的方式不同，自定义同步器在实现时只需要实现共享资源的state的获取于释放方式即可，至于具体线程等待队列的维护AQS顶层已经为我们实现了，自定义同步器需要实现以下方法：

• isHeldExclusively():该线程是否正在独占资源
• tryAcquire(int):以独占的方式尝试获取资源，成功则返回true，失败则返回false，成功获取同步状态以后，其他线程需要等待该线程释放同步状态才能获取同步状态
• tryRelease(int):以独占的方式去尝试释放资源，成功则返回true，失败返回false
• tryAcquireShared(int):