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AQS(AbstractQueuedSynchronizer)抽象隊列同步器及工作原理解析

更新時間：2022年03月25日 09:54:18 作者：聰明不喝牛奶

AQS是用來構(gòu)建鎖或者其他同步器組件的重量級基礎(chǔ)框架及整個JUC體系的基石，通過內(nèi)置的FIFO對列來完成資源獲取線程的排隊工作，并通過一個int類型變量表示持有鎖的狀態(tài)，本文給大家詳細介紹下AQS抽象隊列同步器的相關(guān)知識，感興趣的朋友一起看看吧

前言

AQS 絕對是JUC的重要基石，也是面試中經(jīng)常被問到的，所以我們要搞清楚這個AQS到底是什么？騎工作原理是什么？

AQS是什么？

AQS，AbstractQueuedSynchronizer，即隊列同步器。它是構(gòu)建鎖或者其他同步組件的基礎(chǔ)框架（如ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock、Semaphore等），JUC并發(fā)包的作者（Doug Lea）期望它能夠成為實現(xiàn)大部分同步需求的基礎(chǔ)。它是JUC并發(fā)包中的核心基礎(chǔ)組件，相比synchronized，synchronized缺少了獲取鎖與釋放鎖的可操作性，可中斷、超時獲取鎖。

是用來構(gòu)建鎖或者其他同步器組件的重量級基礎(chǔ)框架及整個JUC體系的基石，通過內(nèi)置的FIFO對列來完成資源獲取線程的排隊工作，并通過一個int類型變量表示持有鎖的狀態(tài)。

CLH隊列：CLH(Craig, Landin, and Hagersten)隊列是一個虛擬的雙向隊列（虛擬的雙向隊列即不存在隊列實例，僅存在結(jié)點之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系）。AQS 是將每條請求共享資源的線程封裝成一個 CLH 鎖隊列的一個結(jié)點（Node）來實現(xiàn)鎖的分配。通過CAS完成對State值的修改。
同步對列的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及繼承關(guān)系

用銀行辦理業(yè)務(wù)的案例模擬AQS如何進行線程管理和通知機制

1、初始化的時候，state = 0 （0 表示沒有人，1表示有人），線程池也有沒有人在執(zhí)行，現(xiàn)在就是沒有顧客的時候，因此第一個線程去的時候都是公平鎖狀態(tài)直接到窗口辦理業(yè)務(wù)。

2、現(xiàn)在有一個線程Thread A進來那么就直接到了業(yè)務(wù)窗口去辦理，并且通過CAS將state的值變成1。

3、此時有一個線程Thread B 進來，通過getStatue() 方法查看到state = 1，此時ThreadA有在占用著，所以現(xiàn)在ThreadB線程就必須先入隊等待ThreadA結(jié)束后再調(diào)用，但是由于現(xiàn)在隊列是空的，所以ThreadB線程并不會馬上進入到隊列，他會先進入addWaiter() 方法到enq()這個方法中去，這個方法實質(zhì)上就是一個自旋鎖，在這個方法中主要的時候先要實現(xiàn)一個隊列的初始化工作，先形成一個傀儡結(jié)點(哨兵結(jié)點)起到一個占位的作用，然后才能將ThreadB線程掛在后面。

部分源碼附上：

	private Node addWaiter(Node mode) {
     Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
     // Try the fast path of enq; backup to full enq on failure
     Node pred = tail;// 將tail的前指針賦值過去
     if (pred != null) { //一開始的時候并沒有指向所以位null，因此條件不成立不走里面的語句
         node.prev = pred;
         if (compareAndSetTail(pred, node)) {//CAS
             pred.next = node;
             return node;
         }
     }
     enq(node);//一開始會來走這個enq()這個方法。
     return node;
 }

因為當前的ThreadB線程進入時，tail的prev指針為null所以就會進enq()方法。如下：

	private Node enq(final Node node) {
     for (;;) {
         Node t = tail;
         if (t == null) { // Must initialize
             if (compareAndSetHead(new Node()))
                 tail = head;
         } else {
             node.prev = t;
             if (compareAndSetTail(t, node)) {
                 t.next = node;
                 return t;
             }
         }
     }
 }

4、ThreadC線程開始入隊，那么這個就是跟ThreadB是一樣的，只不過是說沒有了初始化那步了，直接掛在線程ThreadB上即可。

5、ThreadB 會去嘗試acquireQueued()這個方法，那么第一次的時候會將哨兵結(jié)點的waitStatus = -1; 然后繼續(xù)自旋，進入到if條件的下一個條件中被調(diào)用park() 阻塞掉，等待著ThreadA 線程的unpark()。這樣才算真正的入列等待了。

	final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
     boolean failed = true;
     try {
         boolean interrupted = false;
         for (;;) {
             final Node p = node.predecessor();
             if (p == head && tryAcquire(arg)) {
                 setHead(node);
                 p.next = null; // help GC
                 failed = false;
                 return interrupted;
             }
             if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                 parkAndCheckInterrupt()) //第一次的時候會阻塞在前面的條件并將哨兵的waitState置為-1，第二次的話第一個條件為真，所以會走第二個判斷條件，會將訪問的線程給阻塞掉等待unpark();
                 interrupted = true;
         }
     } finally {
         if (failed)
             cancelAcquire(node);
     }
 }

	private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
     LockSupport.park(this); //將訪問次方法的線程給阻塞掉，等待unpark()方法喚醒
     return Thread.interrupted();
 }

6、當ThreadA線程辦好業(yè)務(wù)的時候那么就會調(diào)用unlock()方法釋放鎖，unlock() 方法中又會調(diào)用sync.release()方法，并將當前窗口的線程變成null，state 置成0,通過調(diào)用 unparkSuccessor()方法將傀儡結(jié)點的waitState = 0。

	private void unparkSuccessor(Node node) {
        int ws = node.waitStatus;
        if (ws < 0)
            compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);
        Node s = node.next;
        if (s == null || s.waitStatus > 0) {
            s = null;
            for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)
                if (t.waitStatus <= 0)
                    s = t;
        }
        if (s != null)
            LockSupport.unpark(s.thread); //釋放鎖喚醒等待隊列中的等待線程
    }

7、接著會調(diào)用unpark()方法將在前面等待的ThreadB線程給喚醒去窗口辦業(yè)務(wù)。將head結(jié)點指向ThreadB結(jié)點，ThreadB的prev結(jié)點為null，next結(jié)點也為null，ThreadB變成空結(jié)點，此節(jié)點就成了新的哨兵結(jié)點，原來的哨兵結(jié)點被GC回收。