前记
在看JUC中并发相关的源码时经常看到AQS的身影，这到底是个什么鬼？必须要一探究竟。
一. AQS背景了解
JUC包中的锁，包括：
Lock接口，ReadWriteLock接口，LockSupport阻塞原语，Condition条件,
AbstractOwnableSynchronizer/AbstractQueuedSynchronizer/AbstractQueuedLongSynchronizer三个抽象类，
ReentrantLock独占锁，ReentrantReadWriteLock读写锁。
CountDownLatch，CyclicBarrier和Semaphore也是通过AQS来实现的；
AbstractQueuedSynchronizer类，简称为AQS,通过JUC的框架图可以看出AQS是整个JUC锁的最核心的一块。了解它的原理及实现非常有助于我们去深刻的理解JUC的各种锁的实现。
以ReentrantLock为例
二.AQS涉及技术
模板方法：模板方法模式在一个方法中定义一个算法的骨架，而将一些步骤的实现延迟到子类中。模板方法使得子类可以在不改变算法结构的情况下，重新定义算法中某些步骤的具体实现。
CHL队列：CLH也是一种基于单向链表(隐式创建)的高性能、公平的自旋锁，申请加锁的线程只需要在其前驱节点的本地变量上自旋，从而极大地减少了不必要的处理器缓存同步的次数，降低了总线和内存的开销。AQS使用的是CHL的变种。
CAS操作：compare and swap技术 ，底层调用 Unsafe类
LockSupport类对线程的操作支持：LockSupport.park() 阻塞线程，LockSupport.unpark() 唤醒线程，底层调用 Unsafe类 。
Unsafe类：Unsafe是Java中一个底层类，包含了很多基础的操作，比如数组操作、对象操作、内存操作、CAS操作、线程(park)操作、栅栏（Fence）操作，JUC包、一些三方框架都使用Unsafe类来保证并发安全。其中AQS中使用到 Unsafe线程操作.许可线程通过（park），或者让线程等待许可(unpark);Unsafe的CAS操作 在Unsafe中包含compareAndSwapObject、compareAndSwapInt、compareAndSwapLong三个方法
了解以上技术背景对于理解AQS的原理非常有帮助，这里只简要概述，根据自身需要进行深入了解或者结合后续实际分析再进行理解。
三.简单认识AQS
通过大致浏览AQS的源码先进行简单的了解AQS框架
3.1 何为AQS？
1、AQS是一个抽象类，类名为AbstractQueuedSynchronizer，抽象的都是一些公用的方法属性，其自身是没有实现任何同步接口的；
2、AQS定义了同步器中获取锁和释放锁，目的来让自定义同步器组件来使用或重写；
3、纵观AQS的子类，绝大多数都是一个叫Sync的静态内部类来继承AQS类，通过重写AQS中的一些方法来实现自定义同步器；
4、AQS定义了两种资源共享方式：EXCLUSIVE( 独占式：每次仅有一个Thread能执行 )、SHARED( 共享式：多个线程可同时执行 )；
5、AQS维护了一个FIFO的CLH链表队列，且该队列不支持基于优先级的同步策略；
3.2 AQS的state关键词
1、private volatile int state：维护了一个volatile的int类型的state字段，该字段是实现AQS的核心关键词；
2、通过getState、setState、compareAndSetState方法类获取、设置更新state值；
3、该字段在不同的并发类中起着不同的纽带作用，下面会接着讲到state字段的一些应用场景；
3.3 Node的结构
Node，队列节点，每一个Node都持有了一个线程，对线程进行包装，方便操作。
我们需要特别关注一下其内部的五个属性：
static final class Node{
/*当前node对象的等待状态，注意该状态并不是描述当前对象而是描述下一个节点的状态，
* 从而来决定是否唤醒下一个节点，该节点总共有四个取值：
* a. CANCELLED = 1：因为超时或者中断，结点会被设置为取消状态，被取消状态的结点不应该去竞争锁，
* 只能保持取消状态不变，不能转换为其他状态。处于这种状态的结点会被踢出队列，被GC回收；
* b. SIGNAL = -1：表示这个结点的继任结点被阻塞了，到时需要通知它；
* c. CONDITION = -2：表示这个结点在条件队列中，因为等待某个条件而被阻塞；
* d. PROPAGATE = -3：使用在共享模式头结点有可能牌处于这种状态，表示锁的下一次获取可以无条件传播；
* e. 0： None of the above，新结点会处于这种状态。
*
* 非负值标识节点不需要被通知（唤醒）。
*/
volatile int waitStatus;
//当前节点的上一个节点，如果是头节点那么值为null
volatile Node prev;
//当前节点的下一个节点
volatile Node next;
//与Node绑定的线程对象
volatile Thread thread;
//下一个等待条件（Condition）的节点，由于Condition是独占模式，因此这里有一个简单的队列来描述Condition上的线程节点。
Node nextWaiter;
}
3.4 Node的waitStatus关键词
1、正常默认的状态值为0；
2、对于释放操作的时候，前一个结点有唤醒后一个结点的任务；
3、当前结点的前置结点waitStatus > 0，则结点处于CANCELLED状态，应该需要踢出队列；
4、当前结点的前置结点waitStatus = 0，则需要将前置结点改为SIGNAL状态；
3.5CLH队列
1、队列模型：
+------+ prev +------+ prev +------+
| | <---- | | <---- | |
head | Node | next | Node | next | Node | tail
| | ----> | | ----> | |
+------+ +------+ +------+
2、链表结构，在头尾结点中，需要特别指出的是头结点是一个空对象结点，无任何意义，即傀儡结点；
3、每一个Node结点都维护了一个指向前驱的指针和指向后驱的指针，结点与结点之间相互关联构成链表；
4、入队在尾，出队在头，出队后需要激活该出队结点的后继结点，若后继结点为空或后继结点waitStatus>0，则从队尾向前遍历取waitStatus<0的触发阻塞唤醒；
3.6 state在AQS简单应用举例
1、CountDownLatch，简单大致意思为：A组线程等待另外B组线程，B组线程执行完了，A组线程才可以执行；
state初始化假设为N，后续每countDown()一次，state会CAS减1。
等到所有子线程都执行完后(即state=0)，会unpark()主调用线程，然后主调用线程就会从await()函数返回，继续后余动作。
2、ReentrantLock，简单大致意思为：独占式锁的类；
state初始化为0，表示未锁定状态，然后每lock()时调用tryAcquire()使state加1，
其他线程再tryAcquire()时就会失败，直到A线程unlock()到state=0（即释放锁）为止，其它线程才有机会获取该锁；
3、Semaphore，简单大致意思为：A、B、C、D线程同时争抢资源，目前卡槽大小为2，若A、B正在执行且未执行完，那么C、D线程在门外等着，一旦A、B有1个执行完了，那么C、D就会竞争看谁先执行；
state初始值假设为N，后续每tryAcquire()一次，state会CAS减1，当state为0时其它线程处于等待状态，
直到state>0且<N后，进程又可以获取到锁进行各自操作了；
3.7常用重要的方法
1、protected boolean isHeldExclusively()
// 需要被子类实现的方法，调用该方法的线程是否持有独占锁，一般用到了condition的时候才需要实现此方法
2、protected boolean tryAcquire(int arg)
// 需要被子类实现的方法，独占方式尝试获取锁，获取锁成功后返回true，获取锁失败后返回false
3、protected boolean tryRelease(int arg)
// 需要被子类实现的方法，独占方式尝试释放锁，释放锁成功后返回true，释放锁失败后返回false
4、protected int tryAcquireShared(int arg)
// 需要被子类实现的方法，共享方式尝试获取锁，获取锁成功后返回正数1，获取锁失败后返回负数-1
5、protected boolean tryReleaseShared(int arg)
// 需要被子类实现的方法，共享方式尝试释放锁，释放锁成功后返回正数1，释放锁失败后返回负数-1
6、final boolean acquireQueued(final Node node, int arg)
// 对于进入队尾的结点，检测自己可以休息了，如果可以修改则进入SIGNAL状态且进入park()阻塞状态
7、private Node addWaiter(Node mode)
// 添加结点到链表队尾
8、private Node enq(final Node node)
// 如果addWaiter尝试添加队尾失败，则再次调用enq此方法自旋将结点加入队尾
9、private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node)
// 检测结点状态，如果可以休息的话则设置waitStatus=SIGNAL并调用LockSupport.park休息；
10、private void unparkSuccessor(Node node)
// 释放锁时，该方法需要负责唤醒后继节点
不同的自定义同步器争用共享资源的方式也不同。自定义同步器在实现时只需要实现共享资源state的获取与释放方式即可，至于具体线程等待队列的维护（如获取资源失败入队/唤醒出队等），AQS已经在顶层实现好了。自定义同步器实现时主要实现以下几种方法：
- isHeldExclusively()：该线程是否正在独占资源。只有用到condition才需要去实现它。
- tryAcquire(int)：独占方式。尝试获取资源，成功则返回true，失败则返回false。
- tryRelease(int)：独占方式。尝试释放资源，成功则返回true，失败则返回false。
- tryAcquireShared(int)：共享方式。尝试获取资源。负数表示失败；0表示成功，但没有剩余可用资源；正数表示成功，且有剩余资源。
- tryReleaseShared(int)：共享方式。尝试释放资源，如果释放后允许唤醒后续等待结点返回true，否则返回false。
以ReentrantLock为例，state初始化为0，表示未锁定状态。A线程lock()时，会调用tryAcquire()独占该锁并将state+1。此后，其他线程再tryAcquire()时就会失败，直到A线程unlock()到state=0（即释放锁）为止，其它线程才有机会获取该锁。当然，释放锁之前，A线程自己是可以重复获取此锁的（state会累加），这就是可重入的概念。但要注意，获取多少次就要释放多么次，这样才能保证state是能回到零态的。
再以CountDownLatch以例，任务分为N个子线程去执行，state也初始化为N（注意N要与线程个数一致）。这N个子线程是并行执行的，每个子线程执行完后countDown()一次，state会CAS减1。等到所有子线程都执行完后(即state=0)，会unpark()主调用线程，然后主调用线程就会从await()函数返回，继续后余动作。
一般来说，自定义同步器要么是独占方法，要么是共享方式，他们也只需实现tryAcquire-tryRelease、tryAcquireShared-tryReleaseShared中的一种即可。但AQS也支持自定义同步器同时实现独占和共享两种方式，如ReentrantReadWriteLock。
3.8设计与实现伪代码
1、获取独占锁：
public final void acquire(int arg) {
if (!tryAcquire(arg) &&
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();
}
acquire{
如果尝试获取独占锁失败的话( 尝试获取独占锁的各种方式由AQS的子类实现 )，
那么就新增独占锁结点通过自旋操作加入到队列中，并且根据结点中的waitStatus来决定是否调用LockSupport.park进行休息
}
2、释放独占锁：
public final boolean release(int arg) {
if (tryRelease(arg)) {
Node h = head;
if (h != null && h.waitStatus != 0)
unparkSuccessor(h);
return true;
}
return false;
}
release{
如果尝试释放独占锁成功的话( 尝试释放独占锁的各种方式由AQS的子类实现 )，
那么取出头结点并根据结点waitStatus来决定是否有义务唤醒其后继结点
}
3、获取共享锁：
public final void acquireShared(int arg) {
if (tryAcquireShared(arg) < 0)
doAcquireShared(arg);
}
acquireShared{
如果尝试获取共享锁失败的话( 尝试获取共享锁的各种方式由AQS的子类实现 )，
那么新增共享锁结点通过自旋操作加入到队尾中，并且根据结点中的waitStatus来决定是否调用LockSupport.park进行休息
}
4、释放共享锁：
public final boolean releaseShared(int arg) {
if (tryReleaseShared(arg)) {
doReleaseShared();
return true;
}
return false;
}
releaseShared{
如果尝试释放共享锁失败的话( 尝试释放共享锁的各种方式由AQS的子类实现 )，
那么通过自旋操作唤完成阻塞线程的唤起操作
}
四.AQS源码分析
本节开始讲解AQS的源码实现。依照acquire-release、acquireShared-releaseShared的次序来。
4.1 acquire(int)
此方法是独占模式下线程获取共享资源的顶层入口。
如果获取到资源，线程直接返回，否则进入等待队列，直到获取到资源为止，且整个过程忽略中断的影响。这也正是lock()的语义，当然不仅仅只限于lock()。获取到资源后，线程就可以去执行其临界区代码了。下面是acquire()的源码：
public final void acquire(int arg) {
if (!tryAcquire(arg) &&
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();
}
函数流程如下：
- tryAcquire()尝试直接去获取资源，如果成功则直接返回；
- addWaiter()将该线程加入等待队列的尾部，并标记为独占模式；
- acquireQueued()使线程在等待队列中获取资源，一直获取到资源后才返回。如果在整个等待过程中被中断过，则返回true，否则返回false。
- 如果线程在等待过程中被中断过，它是不响应的。只是获取资源后才再进行自我中断selfInterrupt()，将中断补上。
这时单凭这4个抽象的函数来看流程还有点朦胧，不要紧，看完接下来的分析后，你就会明白了。就像《大话西游》里唐僧说的：等你明白了舍生取义的道理，你自然会回来和我唱这首歌的。
4.2 tryAcquire(int)
此方法尝试去获取独占资源。如果获取成功，则直接返回true，否则直接返回false。这也正是tryLock()的语义，还是那句话，当然不仅仅只限于tryLock()。如下是tryAcquire()的源码：
protected boolean tryAcquire(int arg) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
什么？直接throw异常？说好的功能呢？好吧，还记得概述里讲的AQS只是一个框架，具体资源的获取/释放方式交由自定义同步器去实现吗？就是这里了！！！AQS这里只定义了一个接口，具体资源的获取交由自定义同步器去实现了（通过state的get/set/CAS）！！！至于能不能重入，能不能加塞，那就看具体的自定义同步器怎么去设计了！！！当然，自定义同步器在进行资源访问时要考虑线程安全的影响。
这里之所以没有定义成abstract，是因为独占模式下只用实现tryAcquire-tryRelease，而共享模式下只用实现tryAcquireShared-tryReleaseShared。如果都定义成abstract，那么每个模式也要去实现另一模式下的接口。说到底，Doug Lea还是站在咱们开发者的角度，尽量减少不必要的工作量。
4.3 addWaiter(Node)
此方法用于将当前线程加入到等待队列的队尾，并返回当前线程所在的结点。还是上源码吧：
不用再说了，直接看注释吧。这里我们说下Node。Node结点是对每一个访问同步代码的线程的封装，其包含了需要同步的线程本身以及线程的状态，如是否被阻塞，是否等待唤醒，是否已经被取消等。变量waitStatus则表示当前被封装成Node结点的等待状态，共有4种取值CANCELLED、SIGNAL、CONDITION、PROPAGATE。
-
CANCELLED：值为1，在同步队列中等待的线程等待超时或被中断，需要从同步队列中取消该Node的结点，其结点的waitStatus为CANCELLED，即结束状态，进入该状态后的结点将不会再变化。
-
SIGNAL：值为-1，被标识为该等待唤醒状态的后继结点，当其前继结点的线程释放了同步锁或被取消，将会通知该后继结点的线程执行。说白了，就是处于唤醒状态，只要前继结点释放锁，就会通知标识为SIGNAL状态的后继结点的线程执行。
-
CONDITION：值为-2，与Condition相关，该标识的结点处于等待队列中，结点的线程等待在Condition上，当其他线程调用了Condition的signal()方法后，CONDITION状态的结点将从等待队列转移到同步队列中，等待获取同步锁。
-
PROPAGATE：值为-3，与共享模式相关，在共享模式中，该状态标识结点的线程处于可运行状态。
-
0状态：值为0，代表初始化状态。
AQS在判断状态时，通过用waitStatus>0表示取消状态，而waitStatus<0表示有效状态。
4.4 enq(Node)
此方法用于将node加入队尾。源码如下：
如果你看过AtomicInteger.getAndIncrement()函数源码，那么相信你一眼便看出这段代码的精华。CAS自旋volatile变量，是一种很经典的用法。还不太了解的，自己去百度一下吧。
4.5 acquireQueued(Node, int)
OK，通过tryAcquire()和addWaiter()，该线程获取资源失败，已经被放入等待队列尾部了。聪明的你立刻应该能想到该线程下一部该干什么了吧：进入等待状态休息，直到其他线程彻底释放资源后唤醒自己，自己再拿到资源，然后就可以去干自己想干的事了。没错，就是这样！是不是跟医院排队拿号有点相似~~acquireQueued()就是干这件事：在等待队列中排队拿号（中间没其它事干可以休息），直到拿到号后再返回。这个函数非常关键，还是上源码吧：
到这里了，我们先不急着总结acquireQueued()的函数流程，先看看shouldParkAfterFailedAcquire()和parkAndCheckInterrupt()具体干些什么。
4.6 shouldParkAfterFailedAcquire(Node, Node)
此方法主要用于检查状态，看看自己是否真的可以去休息了（进入waiting状态)，万一队列前边的线程都放弃了只是瞎站着，那也说不定，对吧！
整个流程中，如果前驱结点的状态不是SIGNAL，那么自己就不能安心去休息，需要去找个安心的休息点，同时可以再尝试下看有没有机会轮到自己拿号。
4.7 parkAndCheckInterrupt()
如果线程找好安全休息点后，那就可以安心去休息了。此方法就是让线程去休息，真正进入等待状态。
private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
LockSupport.park(this);//调用LockSupport.park使线程进入waiting状态
return Thread.interrupted();//如果被唤醒查看自己是不是被中断的。
}
park()会让当前线程进入waiting状态。在此状态下，有两种途径可以唤醒该线程：1）被unpark()；2）被interrupt()。。需要注意的是，Thread.interrupted()会清除当前线程的中断标记位。
4.8 acquireQueued小结
OK，看了shouldParkAfterFailedAcquire()和parkAndCheckInterrupt()，现在让我们再回到acquireQueued()，总结下该函数的具体流程：
- 结点进入队尾后，检查状态，找到安全休息点；
- 调用park()进入waiting状态，等待unpark()或interrupt()唤醒自己；
- 被唤醒后，看自己是不是有资格能拿到号。如果拿到，head指向当前结点，并返回从入队到拿到号的整个过程中是否被中断过；如果没拿到，继续流程1。
4.9 acquire(int)小结
OKOK，acquireQueued()分析完之后，我们接下来再回到acquire()！再贴上它的源码吧：
public final void acquire(int arg) {
if (!tryAcquire(arg) &&
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();
}
再来总结下它的流程吧：
- 调用自定义同步器的tryAcquire()尝试直接去获取资源，如果成功则直接返回；
- 没成功，则addWaiter()将该线程加入等待队列的尾部，并标记为独占模式；
- acquireQueued()使线程在等待队列中休息，有机会时（轮到自己，会被unpark()）会去尝试获取资源。获取到资源后才返回。如果在整个等待过程中被中断过，则返回true，否则返回false。
- 如果线程在等待过程中被中断过，它是不响应的。只是获取资源后才再进行自我中断selfInterrupt()，将中断补上。
由于此函数是重中之重，我再用流程图总结一下：
至此，acquire()的流程终于算是告一段落了。这也就是ReentrantLock.lock()的流程，不信你去看其lock()源码吧，整个函数就是一条acquire(1)！！！
4.10 release(int)
上一小节已经把acquire()说完了，这一小节就来讲讲它的反操作release()吧。此方法是独占模式下线程释放共享资源的顶层入口。它会释放指定量的资源，如果彻底释放了（即state=0）,它会唤醒等待队列里的其他线程来获取资源。这也正是unlock()的语义，当然不仅仅只限于unlock()。下面是release()的源码：
public final boolean release(int arg) {
if (tryRelease(arg)) {
Node h = head; //找到头结点
if (h != null && h.waitStatus != 0)
unparkSuccessor(h);// 唤醒下一个结点
return true;
}
return false;
}
逻辑并不复杂。它调用tryRelease()来释放资源。有一点需要注意的是，它是根据tryRelease()的返回值来判断该线程是否已经完成释放掉资源了！所以自定义同步器在设计tryRelease()的时候要明确这一点！！
4.11 tryRelease(int)
此方法尝试去释放指定量的资源。下面是tryRelease()的源码：
protected boolean tryRelease(int arg) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
跟tryAcquire()一样，这个方法是需要独占模式的自定义同步器去实现的。正常来说，tryRelease()都会成功的，因为这是独占模式，该线程来释放资源，那么它肯定已经拿到独占资源了，直接减掉相应量的资源即可(state-=arg)，也不需要考虑线程安全的问题。但要注意它的返回值，上面已经提到了，release()是根据tryRelease()的返回值来判断该线程是否已经完成释放掉资源了！所以自义定同步器在实现时，如果已经彻底释放资源(state=0)，要返回true，否则返回false。
4.12 unparkSuccessor(Node)
此方法用于唤醒等待队列中下一个线程。下面是源码：
这个函数并不复杂。一句话概括：用unpark()唤醒等待队列中最前边的那个未放弃线程，这里我们也用s来表示吧。此时，再和acquireQueued()联系起来，s被唤醒后，进入if (p == head && tryAcquire(arg))的判断（即使p!=head也没关系，它会再进入shouldParkAfterFailedAcquire()寻找一个安全点。这里既然s已经是等待队列中最前边的那个未放弃线程了，那么通过shouldParkAfterFailedAcquire()的调整，s也必然会跑到head的next结点，下一次自旋p==head就成立啦），然后s把自己设置成head标杆结点，表示自己已经获取到资源了，acquire()也返回了！！And then, DO what you WANT!
4.14 release()小结
release()是独占模式下线程释放共享资源的顶层入口。它会释放指定量的资源，如果彻底释放了（即state=0）,它会唤醒等待队列里的其他线程来获取资源。
4.15 acquireShared(int)
此方法是共享模式下线程获取共享资源的顶层入口。它会获取指定量的资源，获取成功则直接返回，获取失败则进入等待队列，直到获取到资源为止，整个过程忽略中断。下面是acquireShared()的源码：
public final void acquireShared(int arg) {
if (tryAcquireShared(arg) < 0)
doAcquireShared(arg);
}
这里tryAcquireShared()依然需要自定义同步器去实现。但是AQS已经把其返回值的语义定义好了：负值代表获取失败；0代表获取成功，但没有剩余资源；正数表示获取成功，还有剩余资源，其他线程还可以去获取。所以这里acquireShared()的流程就是：
- tryAcquireShared()尝试获取资源，成功则直接返回；
- 失败则通过doAcquireShared()进入等待队列，直到获取到资源为止才返回。
4.16 doAcquireShared(int)
此方法用于将当前线程加入等待队列尾部休息，直到其他线程释放资源唤醒自己，自己成功拿到相应量的资源后才返回。下面是doAcquireShared()的源码：
1 private void doAcquireShared(int arg) { 2 final Node node = addWaiter(Node.SHARED); 3 boolean failed = true; 4 try { 5 boolean interrupted = false;//等待过程中是否被中断过的标志 6 for (;;) { 7 final Node p = node.predecessor();//前驱 8 if (p == head) {//如果到head的下一个，因为head是拿到资源的线程，此时node被唤醒，很可能是head用完资源来唤醒自己的 9 int r = tryAcquireShared(arg);//尝试获取资源 10 if (r >= 0) {//成功 11 setHeadAndPropagate(node, r);//将head指向自己，还有剩余资源可以再唤醒之后的线程 12 p.next = null; // help GC 13 if (interrupted)//如果等待过程中被打断过，此时将中断补上。 14 selfInterrupt(); 15 failed = false; 16 return; 17 } 18 } 19 20 //判断状态，寻找安全点，进入waiting状态，等着被unpark()或interrupt() 21 if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) && 22 parkAndCheckInterrupt()) 23 interrupted = true;
private void doAcquireShared(int arg) {
final Node node = addWaiter(Node.SHARED);//加入队列尾部
boolean failed = true;//是否成功标志
try {
boolean interrupted = false;//等待过程中是否被中断过的标志
for (;;) {
final Node p = node.predecessor();//前驱
if (p == head) {//如果到head的下一个，因为head是拿到资源的线程，此时node被唤醒，很可能是head用完资源来唤醒自己的
int r = tryAcquireShared(arg);//尝试获取资源
if (r >= 0) { //成功
setHeadAndPropagate(node, r); //将head指向自己，还有剩余资源可以再唤醒之后的线程
p.next = null; // help GC
if (interrupted) //如果等待过程中被打断过，此时将中断补上
selfInterrupt();
failed = false;
return;
}
}
//判断状态，寻找安全点，进入waiting状态，等着被unpark()或interrupt()
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
interrupted = true;
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}
有木有觉得跟acquireQueued()很相似？对，其实流程并没有太大区别。只不过这里将补中断的selfInterrupt()放到doAcquireShared()里了，而独占模式是放到acquireQueued()之外，其实都一样，不知道Doug Lea是怎么想的。
跟独占模式比，还有一点需要注意的是，这里只有线程是head.next时（“老二”），才会去尝试获取资源，有剩余的话还会唤醒之后的队友。那么问题就来了，假如老大用完后释放了5个资源，而老二需要6个，老三需要1个，老四需要2个。老大先唤醒老二，老二一看资源不够，他是把资源让给老三呢，还是不让？答案是否定的！老二会继续park()等待其他线程释放资源，也更不会去唤醒老三和老四了。独占模式，同一时刻只有一个线程去执行，这样做未尝不可；但共享模式下，多个线程是可以同时执行的，现在因为老二的资源需求量大，而把后面量小的老三和老四也都卡住了。当然，这并不是问题，只是AQS保证严格按照入队顺序唤醒罢了（保证公平，但降低了并发）。
4.17 setHeadAndPropagate(Node, int)
1 private void setHeadAndPropagate(Node node, int propagate) { 2 Node h = head; 3 setHead(node);//head指向自己 4 //如果还有剩余量，继续唤醒下一个邻居线程 5 if (propagate > 0 || h == null || h.waitStatus < 0) { 6 Node s = node.next; 7 if (s == null || s.isShared()) 8 doReleaseShared(); 9 } 10 }
此方法在setHead()的基础上多了一步，就是自己苏醒的同时，如果条件符合（比如还有剩余资源），还会去唤醒后继结点，毕竟是共享模式！
doReleaseShared()我们留着下一小节的releaseShared()里来讲。
4.18 acquireShared小结
OK，至此，acquireShared()也要告一段落了。让我们再梳理一下它的流程：
- tryAcquireShared()尝试获取资源，成功则直接返回；
- 失败则通过doAcquireShared()进入等待队列park()，直到被unpark()/interrupt()并成功获取到资源才返回。整个等待过程也是忽略中断的。
其实跟acquire()的流程大同小异，只不过多了个自己拿到资源后，还会去唤醒后继队友的操作（这才是共享嘛）。
4.19 releaseShared()
上一小节已经把acquireShared()说完了，这一小节就来讲讲它的反操作releaseShared()吧。此方法是共享模式下线程释放共享资源的顶层入口。它会释放指定量的资源，如果成功释放且允许唤醒等待线程，它会唤醒等待队列里的其他线程来获取资源。下面是releaseShared()的源码：
此方法的流程也比较简单，一句话：释放掉资源后，唤醒后继。跟独占模式下的release()相似，
但有一点稍微需要注意：独占模式下的tryRelease()在完全释放掉资源（state=0）后，才会返回true去唤醒其他线程，这主要是基于独占下可重入的考量；
而共享模式下的releaseShared()则没有这种要求，共享模式实质就是控制一定量的线程并发执行，那么拥有资源的线程在释放掉部分资源时就可以唤醒后继等待结点。例如，资源总量是13，A（5）和B（7）分别获取到资源并发运行，C（4）来时只剩1个资源就需要等待。A在运行过程中释放掉2个资源量，然后tryReleaseShared(2)返回true唤醒C，C一看只有3个仍不够继续等待；随后B又释放2个，tryReleaseShared(2)返回true唤醒C，C一看有5个够自己用了，然后C就可以跟A和B一起运行。而ReentrantReadWriteLock读锁的tryReleaseShared()只有在完全释放掉资源（state=0）才返回true，所以自定义同步器可以根据需要决定tryReleaseShared()的返回值。
4.20 doReleaseShared()
此方法主要用于唤醒后继。下面是它的源码：
4.21 cquire-release、acquireShared-releaseShared 小结
我们详解了独占和共享两种模式下获取-释放资源(acquire-release、acquireShared-releaseShared)的源码，相信大家都有一定认识了。值得注意的是，acquire()和acquireShared()两种方法下，线程在等待队列中都是忽略中断的。AQS也支持响应中断的，acquireInterruptibly()/acquireSharedInterruptibly()即是，这里相应的源码跟acquire()和acquireShared()差不多，这里就不再详解了。
4.22 LockSupport.park(),unpark()
LockSupport是用来创建锁和其他同步类的基本线程阻塞原语。
LockSupport中的park() 和 unpark() 的作用分别是阻塞线程和解除阻塞线程，而且park()和unpark()不会遇到“Thread.suspend 和 Thread.resume所可能引发的死锁”问题。
因为park() 和 unpark()有许可的存在；调用 park() 的线程和另一个试图将其 unpark() 的线程之间的竞争将保持活性。
public static void park(Object blocker) {
Thread t = Thread.currentThread();
setBlocker(t, blocker);
UNSAFE.park(false, 0L);
setBlocker(t, null);
}
public static void unpark(Thread thread) {
if (thread != null)
UNSAFE.unpark(thread);
}
由原码可以看出，最终调的是sum.misc.Unsafe类中的方法
4.23 Unsafe类
public native void park(boolean var1, long var2);
public native void unpark(Object var1);
关于Usafe类，
- Java 不能直接访问操作系统底层，而是通过本地方法来访问。Unsafe 类提供了硬件级别的原子操作。
- Unsafe 类在 sun.misc 包下，不属于 Java 标准。很多 Java 的基础类库，包括一些被广泛使用的高性能开发库都是基于 Unsafe 类开发，比如 Netty、Hadoop、Kafka 等。
- Unsafe 是用于在实质上扩展 Java 语言表达能力、便于在更高层（Java 层）代码里实现原本要在更低层（C 层）实现的核心库功能用的。
- 这些功能包括裸内存的申请/释放/访问，低层硬件的 atomic/volatile 支持，创建未初始化对象等。
- 它原本的设计就只应该被标准库使用，因此不建议在生产环境中使用。
Usafe类功能-线程的挂起和恢复
unpark
public native void unpark(Object thread);
释放被park创建的在一个线程上的阻塞。这个方法也可以被使用来终止一个先前调用park导致的阻塞。这个操作是不安全的，因此必须保证线程是存活的(thread has not been destroyed)。从Java代码中判断一个线程是否存活的是显而易见的，但是从native代码中这机会是不可能自动完成的。
park
public native void park(boolean isAbsolute, long time);
阻塞当前线程直到一个unpark方法出现(被调用)、一个用于unpark方法已经出现过(在此park方法调用之前已经调用过)、线程被中断或者time时间到期(也就是阻塞超时)。在time非零的情况下，如果isAbsolute为true，time是相对于新纪元之后的毫秒，否则time表示纳秒。这个方法执行时也可能不合理地返回(没有具体原因)。并发包java.util.concurrent中的框架对线程的挂起操作被封装在LockSupport类中，LockSupport类中有各种版本pack方法，但最终都调用了Unsafe#park()方法。
4.24 LCH变种队列的node
public class Node { static final Node SHARED = new Node(); //模式共享模式 static final Node EXCLUSIVE = null; //排它模式
static final int CANCELLED = 1; static final int SIGNAL = -1; static final int CONDITION = -2; static final int PROPAGATE = -3;
volatile int waitStatus; //结点状态 volatile Node prev; //前驱结点引用 volatile Node next; //后继结点引用 volatile Thread thread; //当前结点存储的线程 Node nextWaiter; private transient volatile Node head; //CLH队列 头结点 private transient volatile Node tail; //CLH队列 尾结点 private volatile int state; //结点状态
}
从源码看出，Node 结构的队列是一个双向链表结构，有一个head结点，一个尾结点。Node结点本身的数据部分有thread,waitStatus,模式
五.AQS应用源码分析
由继承关系以及类图可以看出CountDownLatch,semaphone ReentrantLock,ReentrantReadWriteLock 都有继承AQS的静态内部类Sync
5.1 CountdownLatch
CountDownLatch是一个同步辅助类，在完成一组正在其他线程中执行的操作之前，它允许一个或多个线程一直等待。
CountDownLatch的UML类图如下：
CountDownLatch包含了sync对象，sync是Sync类型。CountDownLatch的Sync是实例类，它继承于AQS。
countdownLatch对于同步器的静态内部类实现Sync
private static final class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
private static final long serialVersionUID = 4982264981922014374L;
Sync(int count) {
setState(count); //这里调的是父类 AQS中的private vialate state 进行设置
}
int getCount() {
return getState();//这里同样调的父类AQS中的private vilate state 进行取值
}
protected int tryAcquireShared(int acquires) {
return (getState() == 0) ? 1 : -1; //如果sate为0时则返回成功，否则返回失败。
//判断 state 值是否为0，为0 返回1，否则返回 -1。state 值是 AbstractQueuedSynchronizer 类中的一个 volatile 变量。
}
protected boolean tryReleaseShared(int releases) {
// Decrement count; signal when transition to zero
for (;;) {
int c = getState();
if (c == 0)
return false;
int nextc = c-1;
if (compareAndSetState(c, nextc))//利用CAS计数器减1.
return nextc == 0; //如果计数器为0则表示已经完成了，可以通知另一个线程了，如果不为0则返回false
}
}
}
countdownLatch 实现的同步器sync里重写了 tryAcquireShared, tryReleaseShared,并通过 初始化传入一个count值给 AQS的violate state字段。其中state ==0是一个临界点。
下面来看一下 CountDownLatch源码实现
public class CountDownLatch {
private static final class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
.......//此处已分析过，省略
}
private final Sync sync;
public CountDownLatch(int count) {
if (count < 0) throw new IllegalArgumentException("count < 0");
this.sync = new Sync(count);
}
public void await() throws InterruptedException {
sync.acquireSharedInterruptibly(1);
}
public boolean await(long timeout, TimeUnit unit)
throws InterruptedException {
return sync.tryAcquireSharedNanos(1, unit.toNanos(timeout));
}
public void countDown() {
sync.releaseShared(1); //每调一次countdown 计数器减1.
}
public long getCount() {
return sync.getCount();
}
public String toString() {
return super.toString() + "[Count = " + sync.getCount() + "]";
}
}
等待线程入队
根据上面的逻辑，调用 await() 方法时，先去获取 state 的值，当计数器不为0的时候，说明还有需要等待的线程在运行，则调用 doAcquireSharedInterruptibly 方法，进来执行的第一个动作就是尝试加入等待队列 ，即调用 addWaiter（）方法， 源码如下：
到这里就走到了 AQS 的核心部分，AQS 用内部的一个 Node 类维护一个 CHL Node FIFO 队列。将当前线程加入等待队列，并通过 parkAndCheckInterrupt（）方法实现当前线程的阻塞。下面一大部分都是在说明 CHL 队列的实现，里面用 CAS 实现队列出入不会发生阻塞。
AQS类中的方法
public final void acquireSharedInterruptibly(int arg) throws InterruptedException { if (Thread.interrupted()) throw new InterruptedException(); if (tryAcquireShared(arg) < 0) doAcquireSharedInterruptibly(arg); }
等待线程被唤醒
当执行 CountDownLatch 的 countDown（）方法，将计数器减一，也就是state减一，当减到0的时候，等待队列中的线程被释放。是调用 AQS 的 releaseShared 方法来实现的，下面代码中的方法是按顺序调用的，摘到了一起，方便查看：
// AQS类
public final boolean releaseShared(int arg) {
// arg 为固定值 1
// 如果计数器state 为0 返回true，前提是调用 countDown() 之前不能已经为0
if (tryReleaseShared(arg)) {
// 唤醒等待队列的线程
doReleaseShared();
return true;
}
return false;
}
// CountDownLatch 重写的方法
protected boolean tryReleaseShared(int releases) {
// Decrement count; signal when transition to zero
// 依然是循环+CAS配合 实现计数器减1
for (;;) {
int c = getState();
if (c == 0)
return false;
int nextc = c-1;
if (compareAndSetState(c, nextc))
return nextc == 0;
}
}
/// AQS类
private void doReleaseShared() {
for (;;) {
Node h = head;
if (h != null && h != tail) {
int ws = h.waitStatus;
// 如果节点状态为SIGNAL，则他的next节点也可以尝试被唤醒
if (ws == Node.SIGNAL) {
if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0))
continue; // loop to recheck cases
unparkSuccessor(h);
}
// 将节点状态设置为PROPAGATE，表示要向下传播，依次唤醒
else if (ws == 0 &&
!compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE))
continue; // loop on failed CAS
}
if (h == head) // loop if head changed
break;
}
}
5.2 Semaphore
Semaphore是一个计数信号量，它的本质是一个"共享锁"。
信号量维护了一个信号量许可集。线程可以通过调用acquire()来获取信号量的许可；当信号量中有可用的许可时，线程能获取该许可；否则线程必须等待，直到有可用的许可为止。 线程可以通过release()来释放它所持有的信号量许可。
Semaphore的UML类图如下：
和"ReentrantLock"一样，Semaphore包含了sync对象，sync是Sync类型；而且，Sync也是一个继承于AQS的抽象类。Sync也包括"公平信号量"FairSync和"非公平信号量"NonfairSync。
semaphone实现的同步器sync 原码
abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
private static final long serialVersionUID = 1192457210091910933L;
Sync(int permits) {
setState(permits);// 为AQS的state字段初始化一个值：资源的总数量。
}
final int getPermits() {
return getState();
}
final int nonfairTryAcquireShared(int acquires) {
for (;;) {
int available = getState();
int remaining = available - acquires; //获取X个资源时，作减法，
//1.如果剩余值小于零则说明资源不够，直接返回相减的负数。2.如果大于零，则利用CAS改变state值成功则返回正数，否则自旋至到成功。
if (remaining < 0 ||compareAndSetState(available, remaining))
return remaining;
}
}
protected final boolean tryReleaseShared(int releases) {
for (;;) {
int current = getState();
int next = current + releases; //释放X个资源，作加法
if (next < current) // overflow
throw new Error("Maximum permit count exceeded");
if (compareAndSetState(current, next)) //通过CAS改变State值成功则返回true,否则自旋至到成功。
return true;
}
}
//减少资源，利用CAS改变 state的值。
final void reducePermits(int reductions) {
for (;;) {
int current = getState();
int next = current - reductions;
if (next > current) // underflow
throw new Error("Permit count underflow");
if (compareAndSetState(current, next))
return;
}
}
//对资源许可进行清零操作并返回清除的个数，也就是当前state的值。
final int drainPermits() {
for (;;) {
int current = getState();
if (current == 0 || compareAndSetState(current, 0))
return current;
}
}
}
Semaphone源码
public class Semaphore implements java.io.Serializable {
private static final long serialVersionUID = -3222578661600680210L;
private final Sync sync;
abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
}
static final class NonfairSync extends Sync {
private static final long serialVersionUID = -2694183684443567898L;
NonfairSync(int permits) {
super(permits);
}
protected int tryAcquireShared(int acquires) {
return nonfairTryAcquireShared(acquires);
}
}
static final class FairSync extends Sync {
private static final long serialVersionUID = 2014338818796000944L;
FairSync(int permits) {
super(permits);
}
protected int tryAcquireShared(int acquires) {
for (;;) {
if (hasQueuedPredecessors()) //公平锁需判断队列中是否有前驱节点，如果有则返回负数，没有才进行减法操作并 通过CAS改变state值而获得锁。
return -1;
int available = getState();
int remaining = available - acquires;
if (remaining < 0 ||
compareAndSetState(available, remaining))
return remaining;
}
}
}
public Semaphore(int permits) {
sync = new NonfairSync(permits);
}
public Semaphore(int permits, boolean fair) {
sync = fair ? new FairSync(permits) : new NonfairSync(permits);
}
public void acquire() throws InterruptedException {
sync.acquireSharedInterruptibly(1);
}
public void acquireUninterruptibly() {
sync.acquireShared(1);
}
public boolean tryAcquire() {
return sync.nonfairTryAcquireShared(1) >= 0;
}
public boolean tryAcquire(long timeout, TimeUnit unit)
throws InterruptedException {
return sync.tryAcquireSharedNanos(1, unit.toNanos(timeout));
}
public void release() {
sync.releaseShared(1);
}
public void acquire(int permits) throws InterruptedException {
if (permits < 0) throw new IllegalArgumentException();
sync.acquireSharedInterruptibly(permits);
}
public void acquireUninterruptibly(int permits) {
if (permits < 0) throw new IllegalArgumentException();
sync.acquireShared(permits);
}
public boolean tryAcquire(int permits) {
if (permits < 0) throw new IllegalArgumentException();
return sync.nonfairTryAcquireShared(permits) >= 0;
}
public boolean tryAcquire(int permits, long timeout, TimeUnit unit)
throws InterruptedException {
if (permits < 0) throw new IllegalArgumentException();
return sync.tryAcquireSharedNanos(permits, unit.toNanos(timeout));
}
public void release(int permits) {
if (permits < 0) throw new IllegalArgumentException();
sync.releaseShared(permits);
}
public int availablePermits() {
return sync.getPermits();
}
public int drainPermits() {
return sync.drainPermits();
}
protected void reducePermits(int reduction) {
if (reduction < 0) throw new IllegalArgumentException();
sync.reducePermits(reduction);
}
public boolean isFair() {
return sync instanceof FairSync;
}
public final boolean hasQueuedThreads() {
return sync.hasQueuedThreads();
}
public final int getQueueLength() {
return sync.getQueueLength();
}
protected Collection<Thread> getQueuedThreads() {
return sync.getQueuedThreads();
}
public String toString() {
return super.toString() + "[Permits = " + sync.getPermits() + "]";
}
5.3 ReentrantLock
ReentrantLock是独占锁。所谓独占锁，是指只能被独自占领，即同一个时间点只能被一个线程锁获取到的锁。ReentrantLock锁包括"公平的ReentrantLock"和"非公平的ReentrantLock"。"公平的ReentrantLock"是指"不同线程获取锁的机制是公平的"，而"非公平的 ReentrantLock"则是指"不同线程获取锁的机制是非公平的"，ReentrantLock是"可重入的锁"。
ReentrantLock的UML类图如下：
(01) ReentrantLock实现了Lock接口。
(02) ReentrantLock中有一个成员变量sync，sync是Sync类型；Sync是一个抽象类，而且它继承于AQS。
(03) ReentrantLock中有"公平锁类"FairSync和"非公平锁类"NonfairSync，它们都是Sync的子类。ReentrantReadWriteLock中sync对象，是FairSync与NonfairSync中的一种，这也意味着ReentrantLock是"公平锁"或"非公平锁"中的一种，ReentrantLock默认是非公平锁。
ReentrantLock内部静态类同步器的实现 Sync
abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
private static final long serialVersionUID = -5179523762034025860L;
abstract void lock();
final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
final Thread current = Thread.currentThread();
int c = getState();
if (c == 0) {
if (compareAndSetState(0, acquires)) { //如果state状态为0，则利用CAS自旋设置state。
setExclusiveOwnerThread(current); //将当前线程对象 设置给AQS的父类中的exclusiveOwnerThread字段。
return true;
}
}
else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
int nextc = c + acquires;
if (nextc < 0) // overflow
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
setState(nextc);
return true;
}
return false;
}
protected final boolean tryRelease(int releases) {
int c = getState() - releases;
if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
throw new IllegalMonitorStateException();
boolean free = false;
if (c == 0) { //如果状态为0则表示当前线程已释放锁。
free = true;
setExclusiveOwnerThread(null);
}
setState(c);
return free;
}
protected final boolean isHeldExclusively() {
// While we must in general read state before owner,
// we don't need to do so to check if current thread is owner
return getExclusiveOwnerThread() == Thread.currentThread();
}
final ConditionObject newCondition() {
return new ConditionObject();
}
// Methods relayed from outer class
final Thread getOwner() {
return getState() == 0 ? null : getExclusiveOwnerThread();
}
final int getHoldCount() {
return isHeldExclusively() ? getState() : 0;
}
final boolean isLocked() {
return getState() != 0;
}
private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
s.defaultReadObject();
setState(0); // reset to unlocked state
}
}
公平锁实现：
static final class FairSync extends Sync { private static final long serialVersionUID = -3000897897090466540L; final void lock() { acquire(1); } protected final boolean tryAcquire(int acquires) { final Thread current = Thread.currentThread(); int c = getState(); if (c == 0) {//state状态为0，才会继续获取锁。判断没有后继者的情况 if (!hasQueuedPredecessors() && compareAndSetState(0, acquires)) { setExclusiveOwnerThread(current); return true; } }
//state不为0，则判断如果当前线程 是和当前占用锁的线程为同一个，则允许多次获取，这里是可重入锁的概念 else if (current == getExclusiveOwnerThread()) { int nextc = c + acquires; if (nextc < 0) throw new Error("Maximum lock count exceeded"); setState(nextc); return true; } return false; } }
非公平锁实现
static final class NonfairSync extends Sync {
private static final long serialVersionUID = 7316153563782823691L;
final void lock() {
if (compareAndSetState(0, 1))
setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
else
acquire(1);
}
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
return nonfairTryAcquire(acquires);
}
}
ReentrantLock源码
public class ReentrantLock implements Lock, java.io.Serializable {
private static final long serialVersionUID = 7373984872572414699L;
private final Sync sync;
abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
//。。。此处省略
}
static final class NonfairSync extends Sync {
//。。。此处省略
}
static final class FairSync extends Sync {
//。。。此处省略
}
public ReentrantLock() {
sync = new NonfairSync();
}
public ReentrantLock(boolean fair) {
sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
}
public void lock() {
sync.lock();
}
public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {
sync.acquireInterruptibly(1);
}
public boolean tryLock() {
return sync.nonfairTryAcquire(1);
}
public boolean tryLock(long timeout, TimeUnit unit)
throws InterruptedException {
return sync.tryAcquireNanos(1, unit.toNanos(timeout));
}
public void unlock() {
sync.release(1);
}
public Condition newCondition() {
return sync.newCondition();
}
public int getHoldCount() {
return sync.getHoldCount();
}
public boolean isHeldByCurrentThread() {
return sync.isHeldExclusively();
}
public boolean isLocked() {
return sync.isLocked();
}
public final boolean isFair() {
return sync instanceof FairSync;
}
protected Thread getOwner() {
return sync.getOwner();
}
public final boolean hasQueuedThreads() {
return sync.hasQueuedThreads();
}
public final boolean hasQueuedThread(Thread thread) {
return sync.isQueued(thread);
}
public final int getQueueLength() {
return sync.getQueueLength();
}
protected Collection<Thread> getQueuedThreads() {
return sync.getQueuedThreads();
}
public boolean hasWaiters(Condition condition) {
if (condition == null)
throw new NullPointerException();
if (!(condition instanceof AbstractQueuedSynchronizer.ConditionObject))
throw new IllegalArgumentException("not owner");
return sync.hasWaiters((AbstractQueuedSynchronizer.ConditionObject)condition);
}
public int getWaitQueueLength(Condition condition) {
if (condition == null)
throw new NullPointerException();
if (!(condition instanceof AbstractQueuedSynchronizer.ConditionObject))
throw new IllegalArgumentException("not owner");
return sync.getWaitQueueLength((AbstractQueuedSynchronizer.ConditionObject)condition);
}
protected Collection<Thread> getWaitingThreads(Condition condition) {
if (condition == null)
throw new NullPointerException();
if (!(condition instanceof AbstractQueuedSynchronizer.ConditionObject))
throw new IllegalArgumentException("not owner");
return sync.getWaitingThreads((AbstractQueuedSynchronizer.ConditionObject)condition);
}
public String toString() {
Thread o = sync.getOwner();
return super.toString() + ((o == null) ?
"[Unlocked]" :
"[Locked by thread " + o.getName() + "]");
}
}