AbstractQueuedSynchronizer(AQS) 总结篇

简介

在之前已经有6篇关于AQS源码分析的文章了，关于源码分析的一些问题可以去看看我之前的文章，文章连接可以在文末查看。这一篇文章主要是对AQS的一些总结，或者说是面经。

AQS是什么

AQS 全称是AbstractQueuedSynchronizer，在java.util.concurrent.locks包下面，是一个抽象的可以实现阻塞线程、排队控制、唤醒线程等操作的同步器基础框架类，AQS 可以实现排它锁、共享锁、条件锁、计数器等相关功能。

父类AbstractOwnableSynchronizer

AQS 继承的父类AbstractOwnableSynchronizer，该类仅一个属性用于记录当前持有锁的线程，提供get/set方法。

变量：同步状态state

state 字段是一个非常重要的字段，可以基于state字段的值定义出不同的同步锁功能，比如：

1. 基于state 的值实现排他锁
   state 值为1代表锁被占用，值为0时代表锁未被占用。
   代表类：ReentrantLock
2. 基于state的值实现读写锁
   state 被分成两部分，高16位记录读锁次数，低16位记录写锁次数
   代表类：ReentrantReadWriteLock
3. 基于state的值实现限制线程数
   初始化一个state值，表示最大限制数，即可以做到允许最多N个线程同时运行，达到限流效果
   代表类：Semaphore
4. 基于state的值实现倒计数
   初始化一个state值，state值为0时触发唤醒动作
   代表类：CountDownLatch

两个队列

AQS 里面有两个队列，我称为同步队列和条件队列。条件队列主要是实现条件锁时用到的队列，同步队列就是维护唤醒线程的队列。

1. 同步队列
   主要用于维护获取互斥锁失败时入队的线程
2. 条件队列
   调用await()的时候会释放锁，然后线程会加入到条件队列，调用signal()唤醒的时候会把条件队列中的线程节点移动到同步队列中，等待再次获得锁

可以重写的API

AQS 提供了 5 个可以自定义实现功能的API方法，基于这些方法，则可以实现不同类型的锁功能。

1. protected boolean tryAcquire(int arg)
   尝试一次获得一个排它锁
2. protected boolean tryRelease(int arg)
   尝试一次释放一个排它锁
3. protected int tryAcquireShared(int arg)
   尝试一次获得一个共享锁
4. protected boolean tryReleaseShared(int arg)
   尝试一次释放一个共享锁
5. protected boolean isHeldExclusively()
   验证排它锁是否被占用

提供的模版方法

下面的这些模版方法，都用到了上面可以重写的API方法。

• 基于tryAcquireAPI提供的模版方法

  1. 获得一个排它锁，直到成功获得锁

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

  2. 获得一个排它锁，可被中断

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

  3. 获得一个排它锁，可超时或中断

     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)方法是需要自己实现的方法

• 基于tryAcquireShared API提供的模版方法

  1. 获得一个共享锁，直到成功获得锁

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

     其中tryAcquireShared(arg)方法是需要自己实现的方法

  2. 获得一个共享锁，可被中断

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

  3. 获得一个共享锁，支持超时或中断

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

• 释放一个排它锁

  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)方法是需要自己实现的方法

• 释放一个共享锁

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

  其中tryReleaseShared(arg)方法是需要自己实现的方法

节点状态

AQS 定义了5个队列中节点状态：

1. 值为0，初始化状态，表示当前节点在sync队列中，等待着获取锁。
2. CANCELLED，值为1，表示当前的线程被取消；
3. SIGNAL，值为-1，表示当前节点的后继节点包含的线程需要运行，也就是unpark；
4. CONDITION，值为-2，表示当前节点在等待condition，也就是在condition队列中；
5. PROPAGATE，值为-3，表示当前场景下后续的acquireShared能够得以执行；

其他

还有一个与AQS非常相似的类——AbstractQueuedLongSynchronizer，从命名上来看，多了一个Long，从源码上来看，他们两个有完全相同的结构、属性和方法，唯一不同之处就在于所有与状态相关的参数和结果都定于为long类型，而不是int类型，当需要创建64位状态的同步器（例如多级锁和屏障）时，AbstractQueuedLongSynchronizer类可能很有用。

AQS实现源码分析

1. 源码分析：同步基础框架之AbstractQueuedSynchronizer(AQS)
2. 源码分析：①ReentrantLock之公平锁和非公平锁
3. 源码分析：②ReentrantLock之条件锁Condition
4. 源码分析：ReentrantReadWriteLock之读写锁
5. 源码分析：Semaphore之信号量
6. 源码分析：CountDownLatch 之倒计时门栓