一 AQS能干什么
AQS是对列同步器AbustactQueuedSynchronizer的简称，位于juc包下。
你所看见的锁包括 ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock，还有同步组件 CyclicBarrier等，它的内部都是通过AQS实现的。通过学习AQS，你可以写出自己的锁与同步组件。
二AQS内部实现
1.同步队列（一个FIFO双向队列）
作用：主要作用是用来存放在锁上阻塞的线程，当一个线程尝试获取锁时，如果锁已经被占用，那么当前线程就会被构造成一个Node节点假如到同步队列的尾部，
注意：同步队列实际是不存在的，在AQS源码中只定义了节点的前一个节点与后一个节点。
waitStatus值代表的含义。
1 static final class Node {
2 /** waitStatus值，表示线程已被取消（等待超时或者被中断）*/
3 static final int CANCELLED = 1;
4 /** waitStatus值，表示后继线程需要被唤醒（unpaking）*/
5 static final int SIGNAL = -1;
6 /**waitStatus值，表示结点线程等待在condition上，当被signal后，会从等待队列转移到同步到队列中 */
7 /** waitStatus value to indicate thread is waiting on condition */
8 static final int CONDITION = -2;
9 /** waitStatus值，表示下一次共享式同步状态会被无条件地传播下去
10 static final int PROPAGATE = -3;
11 /** 等待状态，初始为0 */
12 volatile int waitStatus;
13 /**当前结点的前驱结点 */
14 volatile Node prev;
15 /** 当前结点的后继结点 */
16 volatile Node next;
17 /** 与当前结点关联的排队中的线程 */
18 volatile Thread thread;
19 /** ...... */
20 }2.AQS提供的便利
在AQS源码中，同步状态通过设定一个int类型的state来实现。同步状态可以用来判断当前线程是否是安全的。对于同步状态的修改与获取，AQS已经帮你实现好了。
getState()
setState()
compareAndSetState()
AQS定义两种资源共享方式：Exclusive（独占，只有一个线程能执行，如ReentrantLock）和Share（共享，多个线程可同时执行，如Semaphore/CountDownLatch）。
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
实现自定义同步器时，还需要调用AQS提供的模板方法
3 独占式同步状态的获取与释放
lock方法一般会直接代理到acquire上
public final void acquire(int arg) {
if (!tryAcquire(arg) &&
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();
}a.首先，调用使用者重写的tryAcquire方法，若返回true，意味着获取同步状态成功，后面的逻辑不再执行；若返回false，也就是获取同步状态失败，进入b步骤；
b.此时，获取同步状态失败，构造独占式同步结点，通过addWatiter将此结点添加到同步队列的尾部（此时可能会有多个线程结点试图加入同步队列尾部，需要以线程安全的方 式添加）；
c.该结点以在队列中尝试获取同步状态，若获取不到，则阻塞结点线程，直到被前驱结点唤醒或者被中断。
addWaiter
为获取同步状态失败的线程，构造成一个Node结点，添加到同步队列尾部
private Node addWaiter(Node mode) {
Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);//构造结点
//指向尾结点tail
Node pred = tail;
//如果尾结点不为空，CAS快速尝试在尾部添加，若CAS设置成功，返回；否则，eng。
if (pred != null) {
node.prev = pred;
if (compareAndSetTail(pred, node)) {
pred.next = node;
return node;
}
}
enq(node);
return node;
}先cas快速设置，若失败，进入enq方法
将结点添加到同步队列尾部这个操作，同时可能会有多个线程尝试添加到尾部，是非线程安全的操作。
以上代码可以看出，使用了compareAndSetTail这个cas操作保证安全添加尾结点。
enq方法
private Node enq(final Node node) {
for (;;) {
Node t = tail;
if (t == null) { //如果队列为空，创建结点，同时被head和tail引用
if (compareAndSetHead(new Node()))
tail = head;
} else {
node.prev = t;
if (compareAndSetTail(t, node)) {//cas设置尾结点，不成功就一直重试
t.next = node;
return t;
}
}
}
}enq内部是个死循环，通过CAS设置尾结点，不成功就一直重试。很经典的CAS自旋的用法。这是一种乐观的并发策略。
最后，看下acquireQueued方法
acquireQueued
final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
boolean failed = true;
try {
boolean interrupted = false;
for (;;) {//死循环
final Node p = node.predecessor();//找到当前结点的前驱结点
if (p == head && tryAcquire(arg)) {//如果前驱结点是头结点，才tryAcquire，其他结点是没有机会tryAcquire的。
setHead(node);//获取同步状态成功，将当前结点设置为头结点。
p.next = null; // 方便GC
failed = false;
return interrupted;
}
// 如果没有获取到同步状态，通过shouldParkAfterFailedAcquire判断是否应该阻塞，parkAndCheckInterrupt用来阻塞线程
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
interrupted = true;
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}acquireQueued 内部也是一个死循环，只有前驱结点是头结点的结点，也就是老二结点，才有机会去tryAcquire；若tryAcquire成功，表示获取同步状态成 功，将此结点设置为头结点；若是非老二结点，或者tryAcquire失败，则进入shouldParkAfterFailedAcquire去判断判断 当前线程是否应该阻塞，若可以，调用parkAndCheckInterrupt阻塞当前线程，直到被中断或者被前驱结点唤醒。若还不能休息，继续循环。
shouldParkAfterFailedAcquire
shouldParkAfterFailedAcquire用来判断当前结点线程是否能休息private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
//获取前驱结点的waitStatus值
int ws = pred.waitStatus;
if (ws == Node.SIGNAL)//若前驱结点的状态是SIGNAL，意味着当前结点可以被安全地park
return true;
if (ws > 0) {
// ws>0，只有CANCEL状态ws才大于0。若前驱结点处于CANCEL状态，也就是此结点线程已经无效，从后往前遍历，找到一个非CANCEL状态的结点，将自己设置为它的后继结点
do {
node.prev = pred = pred.prev;
} while (pred.waitStatus > 0);
pred.next = node;
} else {
// 若前驱结点为其他状态，将其设置为SIGNAL状态
compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);
}
return false;
} 若shouldParkAfterFailedAcquire返回true，也就是当前结点的前驱结点为SIGNAL状态，则意味着当前结点可以放心休息，进入parking状态了。parkAncCheckInterrupt阻塞线程并处理中断。
private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
LockSupport.park(this);//使用LockSupport使线程进入阻塞状态
return Thread.interrupted();// 线程是否被中断过
}至此，关于acquire的方法源码已经分析完毕，我们来简单总结下
a.首先tryAcquire获取同步状态，成功则直接返回；否则，进入下一环节；
b.线程获取同步状态失败，就构造一个结点，加入同步队列中，这个过程要保证线程安全；
c.加入队列中的结点线程进入自旋状态，若是老二结点（即前驱结点为头结点），才有机会尝试去获取同步状态；否则，当其前驱结点的状态为SIGNAL，线程便可安心休息，进入阻塞状态，直到被中断或者被前驱结点唤醒。
释放同步状态--release()
当前线程执行完自己的逻辑之后，需要释放同步状态，来看看release方法的逻辑
public final boolean release(int arg) {
if (tryRelease(arg)) {//调用使用者重写的tryRelease方法，若成功，唤醒其后继结点，失败则返回false
Node h = head;
if (h != null && h.waitStatus != 0)
unparkSuccessor(h);//唤醒后继结点
return true;
}
return false;
} unparkSuccessor:唤醒后继结点 1 private void unparkSuccessor(Node node) {
2 //获取wait状态
3 int ws = node.waitStatus;
4 if (ws < 0)
5 compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);// 将等待状态waitStatus设置为初始值0
6 Node s = node.next;//后继结点
7 if (s == null || s.waitStatus > 0) {//若后继结点为空，或状态为CANCEL（已失效），则从后尾部往前遍历找到一个处于正常阻塞状态的结点 进行唤醒
8 s = null;
9 for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)
10 if (t.waitStatus <= 0)
11 s = t;
12 }
13 if (s != null)
14 LockSupport.unpark(s.thread);//使用LockSupprot唤醒结点对应的线程
15 } release的同步状态相对简单，需要找到头结点的后继结点进行唤醒，若后继结点为空或处于CANCEL状态，从后向前遍历找寻一个正常的结点，唤醒其对应线程。
4 共享式
共享式：共 享式地获取同步状态。对于独占式同步组件来讲，同一时刻只有一个线程能获取到同步状态，其他线程都得去排队等待，其待重写的尝试获取同步状态的方法 tryAcquire返回值为boolean，这很容易理解；对于共享式同步组件来讲，同一时刻可以有多个线程同时获取到同步状态，这也是“共享”的意义 所在。其待重写的尝试获取同步状态的方法tryAcquireShared返回值为int。
protected int tryAcquireShared(int arg) {
throw new UnsupportedOperationException();
}1.当返回值大于0时，表示获取同步状态成功，同时还有剩余同步状态可供其他线程获取；
2.当返回值等于0时，表示获取同步状态成功，但没有可用同步状态了；
3.当返回值小于0时，表示获取同步状态失败。
获取同步状态--acquireShared
public final void acquireShared(int arg) {
if (tryAcquireShared(arg) < 0)//返回值小于0，获取同步状态失败，排队去；获取同步状态成功，直接返回去干自己的事儿。
doAcquireShared(arg);
}doAcquireShared
1 private void doAcquireShared(int arg) {
2 final Node node = addWaiter(Node.SHARED);//构造一个共享结点，添加到同步队列尾部。若队列初始为空，先添加一个无意义的傀儡结点，再将新节点添加到队列尾部。
3 boolean failed = true;//是否获取成功
4 try {
5 boolean interrupted = false;//线程parking过程中是否被中断过
6 for (;;) {//死循环
7 final Node p = node.predecessor();//找到前驱结点
8 if (p == head) {//头结点持有同步状态，只有前驱是头结点，才有机会尝试获取同步状态
9 int r = tryAcquireShared(arg);//尝试获取同步装填
10 if (r >= 0) {//r>=0,获取成功
11 setHeadAndPropagate(node, r);//获取成功就将当前结点设置为头结点，若还有可用资源，传播下去，也就是继续唤醒后继结点
12 p.next = null; // 方便GC
13 if (interrupted)
14 selfInterrupt();
15 failed = false;
16 return;
17 }
18 }
19 if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&//是否能安心进入parking状态
20 parkAndCheckInterrupt())//阻塞线程
21 interrupted = true;
22 }
23 } finally {
24 if (failed)
25 cancelAcquire(node);
26 }
27 }大体逻辑与独占式的acquireQueued差距不大，只不过由于是共享式，会有多个线程同时获取到线程，也可能同时释放线程，空出很多同步状态，所以当排队中的老二获取到同步状态，如果还有可用资源，会继续传播下去。
setHeadAndPropagate
private void setHeadAndPropagate(Node node, int propagate) {
Node h = head; // Record old head for check below
setHead(node);
if (propagate > 0 || h == null || h.waitStatus < 0) {
Node s = node.next;
if (s == null || s.isShared())
doReleaseShared();
}
}释放同步状态--releaseShared
public final boolean releaseShared(int arg) {
if (tryReleaseShared(arg)) {
doReleaseShared();//释放同步状态
return true;
}
return false;
}doReleaseShared
private void doReleaseShared() {
for (;;) {//死循环，共享模式，持有同步状态的线程可能有多个，采用循环CAS保证线程安全
Node h = head;
if (h != null && h != tail) {
int ws = h.waitStatus;
if (ws == Node.SIGNAL) {
if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0))
continue;
unparkSuccessor(h);//唤醒后继结点
}
else if (ws == 0 &&
!compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE))
continue;
}
if (h == head)
break;
}
}代码逻辑比较容易理解，需要注意的是，共享模式，释放同步状态也是多线程的，此处采用了CAS自旋来保证。
三 自定义同步组件的实现。
编写一个允许最大访问量为3 的共享锁。
public class ThreeLock implements Lock {
private Sync sync = new Sync(3); //最大访问量为3
private static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer{
public Sync(int count) {
if (count <= 0) {
throw new IllegalArgumentException("count must >0");
}
setState(count);
}
//共享式的获取锁
@Override
protected int tryAcquireShared(int reduceCount) {
for (;;){
int count = getState();
int newCount = count - reduceCount;
if(newCount<0||compareAndSetState(count,newCount)){
return newCount;
}
}
}
//共享锁的释放
@Override
protected boolean tryReleaseShared(int returnCount) {
for (;;){
int count = getState();
int newCount = count+returnCount;
if(compareAndSetState(count,newCount)){
return true;
}
}
}
}
@Override
public void lock() {
sync.acquireShared(1); //每次获取锁都是state-1
}
@Override
public void unlock() {
sync.releaseShared(1); //每次释放锁都是state+1
}
xxxx略去一些方法
}
测试：
public class TestThreeLock {
public static void main(String[] args) {
new TestThreeLock().test();
}
public void test(){
Lock threeLock = new ThreeLock();
Runnable rn = new Runnable() {
@Override
public void run() {
threeLock.lock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}finally {
threeLock.unlock();
}
}
};
for(int i=0;i<10;i++){
new Thread(rn).start();
}
}
}
结果：线程名称以每三个一组的形式打印出来，测试成功！
转载：https://www.cnblogs.com/chengxiao/archive/2017/07/24/7141160.html