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AQS
<前一整子做了一個AQS的技術分享，特將內容整理記錄如下，_>
什麼是AQS？
AQS 的全稱是 AbstractQueuedSynchronizer，即抽象佇列同步器。是Java併發工具的基礎，採用樂觀鎖，通過CAS與自旋輕量級的獲取鎖。維護了一個volatile int state（代表共享資源）和一個FIFO執行緒等待佇列（多執行緒爭用資源被阻塞時會進入此佇列）。很多JUC包，比如ReentrantLock、Semaphore、CountDownLatch等併發類均是繼承AQS，通過AQS的模板方法，來實現的。
原理
AQS的組成結構
AQS = 同步狀態（volatile int state）同步佇列（即等待佇列，FIFO的CLH佇列） + 條件佇列（ConditionObject）
- state：代表共享資源。
volatile保證併發讀，CAS保證併發寫 - 同步佇列（即等待佇列，CLH佇列）：是CLH變體的虛擬雙向佇列（先進先出FIFO）來等待獲取共享資源。當前執行緒可以通過signal和signalAll將條件佇列中的節點轉移到同步佇列中
- 條件佇列（ConditionObject）：當前執行緒存在於同步佇列的頭節點，可以通過await從同步佇列轉移到條件佇列中
同步狀態
在AQS中維護了一個同步狀態變數state，getState函式獲取同步狀態，setState、compareAndSetState函式修改同步狀態，對於AQS來說，執行緒同步的關鍵是對state的操作，可以說獲取、釋放資源是否成功都是由state決定的，比如state>0代表可獲取資源，否則無法獲取，所以state的具體語義由實現者去定義，現有的ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock、Semaphore、CountDownLatch定義的state語義都不一樣。
- ReentrantLock的state用來表示是否有鎖資源
- ReentrantReadWriteLock的state高16位代表讀鎖狀態，低16位代表寫鎖狀態
- Semaphore的state用來表示可用訊號的個數
- CountDownLatch的state用來表示計數器的值
CLH佇列
CLH是AQS內部維護的FIFO（先進先出）雙端雙向佇列（方便尾部節點插入），基於連結串列資料結構，當一個執行緒競爭資源失敗，就會將等待資源的執行緒封裝成一個Node節點，通過CAS原子操作插入佇列尾部，最終不同的Node節點連線組成了一個CLH佇列，所以說AQS通過CLH佇列管理競爭資源的執行緒，CLH佇列具有如下幾個優點：
- 先進先出保證了公平性
- 非阻塞的佇列，通過自旋鎖和CAS保證節點插入和移除的原子性，實現無鎖快速插入
- 採用了自旋鎖思想，所以CLH也是一種基於連結串列的可擴充套件、高效能、公平的自旋鎖
Node內部類
Node是AQS的內部類，每個等待資源的執行緒都會封裝成Node節點組成CLH佇列、等待佇列，所以說Node是非常重要的部分，理解它是理解AQS的第一步。
waitStatus
nextWaiter
Node在CLH佇列時，nextWaiter表示共享式或獨佔式標記 SHARED/EXCLUSIVENode在條件佇列時，nextWaiter表示下個Node節點指標
條件佇列
Object的wait、notify函式是配合Synchronized鎖實現執行緒間同步協作的功能，A Q S的ConditionObject條件變數也提供這樣的功能，通過ConditionObject的await和signal兩類函式完成。
ConditionObject內部維護著一個單向條件佇列，不同於CLH佇列，條件佇列只入隊執行await的執行緒節點，並且加入條件佇列的節點，不能在CLH佇列， 條件隊列出隊的節點，會入隊到CLH佇列。
當某個執行緒執行了ConditionObject的await函式，阻塞當前執行緒，執行緒會被封裝成Node節點新增到條件佇列的末端，其他執行緒執行ConditionObject的signal函式，會將條件佇列頭部執行緒節點轉移到C H L佇列參與競爭資源，具體流程如下圖：
流程說明
執行緒獲取資源失敗，封裝成Node節點從CLH佇列尾部入隊並阻塞執行緒，某執行緒釋放資源時會把CLH佇列首部Node節點關聯的執行緒喚醒（此處的首部是指第二個節點，後面會細說），再次獲取資源。
入隊
獲取資源失敗的執行緒需要封裝成Node節點，接著尾部入隊，在AQS中提供addWaiter函式完成Node節點的建立與入隊。
/**
* @description: Node節點入隊-CLH佇列
* @param mode 標記Node.EXCLUSIVE獨佔式 or Node.SHARED共享式
*/
private Node addWaiter(Node mode) {
// 根據當前執行緒建立節點，等待狀態為0
Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
// 獲取尾節點
Node pred = tail;
if (pred != null) {
// 如果尾節點不等於null，把當前節點的前驅節點指向尾節點
node.prev = pred;
// 通過CAS把尾節點指向當前節點
if (compareAndSetTail(pred, node)) {
// 之前尾節點的下個節點指向當前節點
pred.next = node;
return node;
}
}
// 如果新增失敗或佇列不存在，執行end函式
enq(node);
return node;
}
新增節點的時候，如果從CLH佇列已經存在，通過CAS快速將當前節點新增到佇列尾部，如果新增失敗或佇列不存在，則指向enq函式自旋入隊。
/**
* @description: 自旋cas入隊
* @param node 節點
*/
private Node enq(final Node node) {
for (;;) { //迴圈
//獲取尾節點
Node t = tail;
if (t == null) {
//如果尾節點為空，建立哨兵節點，通過cas把頭節點指向哨兵節點
if (compareAndSetHead(new Node()))
//cas成功，尾節點指向哨兵節點
tail = head;
} else {
//當前節點的前驅節點設指向之前尾節點
node.prev = t;
//cas設定把尾節點指向當前節點
if (compareAndSetTail(t, node)) {
//cas成功，之前尾節點的下個節點指向當前節點
t.next = node;
return t;
}
}
}
}
通過自旋CAS嘗試往佇列尾部插入節點，直到成功，自旋過程如果發現CLH佇列不存在時會初始化CLH佇列，入隊過程流程如下圖：
第一次迴圈
- 剛開始C L H佇列不存在，head與tail都指向null
- 要初始化C L H佇列，會建立一個哨兵節點，head與tail都指向哨兵節點
第二次迴圈
- 當前執行緒節點的前驅節點指向尾部節點（哨兵節點）
- 設定當前執行緒節點為尾部，tail指向當前執行緒節點
- 前尾部節點的後驅節點指向當前執行緒節點（當前尾部節點）
最後結合addWaiter與enq函式，整體看一下入隊流程圖：
出隊
CLH佇列中的節點都是獲取資源失敗的執行緒節點，當持有資源的執行緒釋放資源時，會將head.next指向的執行緒節點喚醒（CLH佇列的第二個節點），如果喚醒的執行緒節點獲取資源成功，執行緒節點清空資訊設定為頭部節點（新哨兵節點），原頭部節點出隊（原哨兵節點）acquireQueued函式中的部分程式碼
//1.獲取前驅節點
final Node p = node.predecessor();
//如果前驅節點是首節點，獲取資源（子類實現）
if (p == head && tryAcquire(arg)) {
//2.獲取資源成功，設定當前節點為頭節點，清空當前節點的資訊，把當前節點變成哨兵節點
setHead(node);
//3.原來首節點下個節點指向為null
p.next = null; // help GC
//4.非異常狀態，防止指向finally邏輯
failed = false;
//5.返回執行緒中斷狀態
return interrupted;
}
private void setHead(Node node) {
//節點設定為頭部
head = node;
//清空執行緒
node.thread = null;
//清空前驅節點
node.prev = null;
}
只需要關注1~3步驟即可，過程非常簡單，假設獲取資源成功，更換頭部節點，並把頭部節點的資訊清除變成哨兵節點，注意這個過程是不需要使用CAS來保證，因為只有一個執行緒能夠成功獲取到資源。