簡介

在之前已經有6篇關於AQS原始碼分析的文章了，關於原始碼分析的一些問題可以去看看我之前的文章，文章連線可以在文末檢視。這一篇文章主要是對AQS的一些總結，或者說是面經。

AQS是什麼

AQS 全稱是AbstractQueuedSynchronizer，在java.util.concurrent.locks包下面，是一個抽象的可以實現阻塞執行緒、排隊控制、喚醒執行緒等操作的同步器基礎框架類，AQS 可以實現排它鎖、共享鎖、條件鎖、計數器等相關功能。

父類AbstractOwnableSynchronizer

AQS 繼承的父類AbstractOwnableSynchronizer，該類僅一個屬性用於記錄當前持有鎖的執行緒，提供get/set方法。

變數：同步狀態state

state 欄位是一個非常重要的欄位，可以基於state欄位的值定義出不同的同步鎖功能，比如：

1. 基於state 的值實現排他鎖
   state 值為1代表鎖被佔用，值為0時代表鎖未被佔用。
   代表類：ReentrantLock
2. 基於state的值實現讀寫鎖
   state 被分成兩部分，高16位記錄讀鎖次數，低16位記錄寫鎖次數
   代表類：ReentrantReadWriteLock
3. 基於state的值實現限制執行緒數
   初始化一個state值，表示最大限制數，即可以做到允許最多N個執行緒同時執行，達到限流效果
   代表類：Semaphore
4. 基於state的值實現倒計數
   初始化一個state值，state值為0時觸發喚醒動作
   代表類：CountDownLatch

兩個佇列

AQS 裡面有兩個佇列，我稱為同步佇列和條件佇列。條件佇列主要是實現條件鎖時用到的佇列，同步佇列就是維護喚醒執行緒的佇列。

1. 同步佇列
   主要用於維護獲取互斥鎖失敗時入隊的執行緒
2. 條件佇列
   呼叫await()的時候會釋放鎖，然後執行緒會加入到條件佇列，呼叫signal()喚醒的時候會把條件佇列中的執行緒節點移動到同步佇列中，等待再次獲得鎖

可以重寫的API

AQS 提供了 5 個可以自定義實現功能的API方法，基於這些方法，則可以實現不同型別的鎖功能。

1. protected boolean tryAcquire(int arg)
   嘗試一次獲得一個排它鎖
2. protected boolean tryRelease(int arg)
   嘗試一次釋放一個排它鎖
3. protected int tryAcquireShared(int arg)
   嘗試一次獲得一個共享鎖
4. protected boolean tryReleaseShared(int arg)
   嘗試一次釋放一個共享鎖
5. protected boolean isHeldExclusively()
   驗證排它鎖是否被佔用

提供的模版方法

下面的這些模版方法，都用到了上面可以重寫的API方法。

• 基於tryAcquireAPI提供的模版方法

  1. 獲得一個排它鎖，直到成功獲得鎖

     public final void acquire(int arg) {
         if (!tryAcquire(arg) &&
             acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
             selfInterrupt();
     }
     

  2. 獲得一個排它鎖，可被中斷

     public final void acquireInterruptibly(int arg)
                 throws InterruptedException {
         if (Thread.interrupted())
             throw new InterruptedException();
         if (!tryAcquire(arg))
             doAcquireInterruptibly(arg);
     }
     

  3. 獲得一個排它鎖，可超時或中斷

     public final boolean tryAcquireNanos(int arg, long nanosTimeout)
                 throws InterruptedException {
         if (Thread.interrupted())
             throw new InterruptedException();
         return tryAcquire(arg) ||
             doAcquireNanos(arg, nanosTimeout);
     }
     

  其中tryAcquire(arg)方法是需要自己實現的方法

• 基於tryAcquireShared API提供的模版方法

  1. 獲得一個共享鎖，直到成功獲得鎖

     public final void acquireShared(int arg) {
         if (tryAcquireShared(arg) < 0)
             doAcquireShared(arg);
     }
     

     其中tryAcquireShared(arg)方法是需要自己實現的方法

  2. 獲得一個共享鎖，可被中斷

     public final void acquireSharedInterruptibly(int arg)
                 throws InterruptedException {
         if (Thread.interrupted())
             throw new InterruptedException();
         if (tryAcquireShared(arg) < 0)
             doAcquireSharedInterruptibly(arg);
     }
     

  3. 獲得一個共享鎖，支援超時或中斷

     public final boolean tryAcquireSharedNanos(int arg, long nanosTimeout)
                 throws InterruptedException {
         if (Thread.interrupted())
             throw new InterruptedException();
         return tryAcquireShared(arg) >= 0 ||
             doAcquireSharedNanos(arg, nanosTimeout);
     }
     

• 釋放一個排它鎖

  public final boolean release(int arg) {
      if (tryRelease(arg)) {
          Node h = head;
          if (h != null && h.waitStatus != 0)
              unparkSuccessor(h);
          return true;
      }
      return false;
  }
  

  其中tryRelease(arg)方法是需要自己實現的方法

• 釋放一個共享鎖

  public final boolean releaseShared(int arg) {
      if (tryReleaseShared(arg)) {
          doReleaseShared();
          return true;
      }
      return false;
  }
  

  其中tryReleaseShared(arg)方法是需要自己實現的方法

節點狀態

AQS 定義了5個佇列中節點狀態：

1. 值為0，初始化狀態，表示當前節點在sync佇列中，等待著獲取鎖。
2. CANCELLED，值為1，表示當前的執行緒被取消；
3. SIGNAL，值為-1，表示當前節點的後繼節點包含的執行緒需要執行，也就是unpark；
4. CONDITION，值為-2，表示當前節點在等待condition，也就是在condition佇列中；
5. PROPAGATE，值為-3，表示當前場景下後續的acquireShared能夠得以執行；

其他

還有一個與AQS非常相似的類——AbstractQueuedLongSynchronizer，從命名上來看，多了一個Long，從原始碼上來看，他們兩個有完全相同的結構、屬性和方法，唯一不同之處就在於所有與狀態相關的引數和結果都定於為long型別，而不是int型別，當需要建立64位狀態的同步器（例如多級鎖和屏障）時，AbstractQueuedLongSynchronizer類可能很有用。

AQS實現原始碼分析

1. 原始碼分析：同步基礎框架之AbstractQueuedSynchronizer(AQS)
2. 原始碼分析：①ReentrantLock之公平鎖和非公平鎖
3. 原始碼分析：②ReentrantLock之條件鎖Condition
4. 原始碼分析：ReentrantReadWriteLock之讀寫鎖
5. 原始碼分析：Semaphore之訊號量
6. 原始碼分析：CountDownLatch 之倒計時門栓