AQS

笔记 Java JUC

讲讲AQS

简单说AQS就是起到了一个抽象，封装的作用，将一些排队，入队，加锁，中断等方法提供出来，便于其它相关JUC锁的使用，具体加锁时机，入队时机等都需要实现类自己控制。

英文全称是AbstractQueuedSynchronizer，AQS的核心是一个FIFO的双向队列，队列中的每个节点都代表一个线程。AQS提供了获取锁和释放锁的基本框架，具体的锁实现（如ReentrantLock、CountDownLatch等）需要继承AQS并实现其抽象方法。

它主要通过维护一个共享状态(state)和一个先进先出（FIFO) 的等待队列，来管理线程对共享资源的访问。

其中 state用volatile修饰，表示当前资源的状态，通常是一个整数值。AQS通过CAS操作来更新这个状态，以确保线程安全。

当线程尝试获取资源失败的时候，会被加入到AQS的等待队列中，这个队列是一个变体的CLH队列，采用双向链表结构，节点包含线程的引用，等待状态以及前驱和后继节点的指针。

AQS的常见实现类包括 ReentrantLock、CountDownLatch、Semaphore等，这些类都继承自AQS，并实现了其抽象方法。

AQS的核心机制

状态
AQS通过一个volatile类型的证书state表示同步状态。

子类可以通过 getState()、setState(int newState)、compareAndSetState(int expect, int update)等方法来获取和修改这个状态。\

状态可以表示多种含义，例如在ReentrantLock中，state表示锁的重入次数；在CountDownLatch中，state表示计数器的值。

等待队列
AQS维护了一个FIFO的等待队列，用于管理等待获取同步状态的线程，
每个节点都是一个Node对象，代表一个等待的线程，节点之间通过next和prev指针连接。


    /** CLH Nodes */
    abstract static class Node {
        volatile Node prev;       // initially attached via casTail
        volatile Node next;       // visibly nonnull when signallable
        Thread waiter;            // visibly nonnull when enqueued
        volatile int status;      // written by owner, atomic bit ops by others

        // methods for atomic operations
        final boolean casPrev(Node c, Node v) {  // for cleanQueue
            return U.weakCompareAndSetReference(this, PREV, c, v);
        }
        final boolean casNext(Node c, Node v) {  // for cleanQueue
            return U.weakCompareAndSetReference(this, NEXT, c, v);
        }
        final int getAndUnsetStatus(int v) {     // for signalling
            return U.getAndBitwiseAndInt(this, STATUS, ~v);
        }
        final void setPrevRelaxed(Node p) {      // for off-queue assignment
            U.putReference(this, PREV, p);
        }
        final void setStatusRelaxed(int s) {     // for off-queue assignment
            U.putInt(this, STATUS, s);
        }
        final void clearStatus() {               // for reducing unneeded signals
            U.putIntOpaque(this, STATUS, 0);
        }

        private static final long STATUS
            = U.objectFieldOffset(Node.class, "status");
        private static final long NEXT
            = U.objectFieldOffset(Node.class, "next");
        private static final long PREV
            = U.objectFieldOffset(Node.class, "prev");
    }

当一个线程获取同步状态失败的时候，会被添加到等待队列中，自选等待或者被阻塞，直到钱买你的线程释放同步状态。

独占模式和共享模式
AQS支持两种获取同步状态的模式：独占模式和共享模式。

独占模式：只有一个线程可以获取同步状态，其他线程需要等待。ReentrantLock就是使用独占模式。
共享模式：多个线程可以同时获取同步状态，直到达到某个限制。CountDownLatch和Semaphore使用共享模式。

AQS框架

上图中有颜色的为Method，无颜色的为Attribution。

总的来说，AQS框架共分为五层，自上而下由浅入深，从AQS对外暴露的API到底层基础数据。

当有自定义同步器接入时，只需重写第一层所需要的部分方法即可，不需要关注底层具体的实现流程。当自定义同步器进行加锁或者解锁操作时，先经过第一层的API进入AQS内部方法，然后经过第二层进行锁的获取，接着对于获取锁失败的流程，进入第三层和第四层的等待队列处理，而这些处理方式均依赖于第五层的基础数据提供层。

下面我们会从整体到细节，从流程到方法逐一剖析AQS框架，主要分析过程如下：