1.什么是AQS?
AQS的核心思想是基于volatile int state这样的volatile变量，配合Unsafe工具对其原子性的操作来实现对当前锁状态进行修改。同步器内部依赖一个FIFO的双向队列来完成资源获取线程的排队工作。
2.同步器的应用
同步器主要使用方式是继承，子类通过继承同步器并实现它的抽象方法来管理同步状态，对同步状态的修改或者访问主要通过同步器提供的3个方法：
- getState() 获取当前的同步状态
- setState(int newState) 设置当前同步状态
- compareAndSetState(int expect,int update) 使用CAS设置当前状态，该方法能够保证状态设置的原子性。
同步器可以支持独占式的获取同步状态，也可以支持共享式的获取同步状态，这样可以方便实现不同类型的同步组件。
同步器也是实现锁的关键，在锁的实现中聚合同步器，利用同步器实现锁的语义。
3.AQS同步队列
同步器AQS内部的实现是依赖同步队列（一个FIFO的双向队列，其实就是数据结构双向链表）来完成同步状态的管理。
当前线程获取同步状态失败时，同步器AQS会将当前线程和等待状态等信息构造成为一个节点（node）加入到同步队列，同时会阻塞当前线程；
当同步状态释放的时候，会把首节点中的线程唤醒，使首节点的线程再次尝试获取同步状态。AQS是独占锁和共享锁的实现的父类。
4.AQS锁的类别：分为独占锁和共享锁两种。
- 独占锁：锁在一个时间点只能被一个线程占有。根据锁的获取机制，又分为“公平锁”和“非公平锁”。等待队列中按照FIFO的原则获取锁，等待时间越长的线程越先获取到锁，这就是公平的获取锁，即公平锁。而非公平锁，线程获取的锁的时候，无视等待队列直接获取锁。ReentrantLock和ReentrantReadWriteLock.Writelock是独占锁。
- 共享锁：同一个时候能够被多个线程获取的锁，能被共享的锁。JUC包中ReentrantReadWriteLock.ReadLock，CyclicBarrier，CountDownLatch和Semaphore都是共享锁。
JUC包中的锁的包括：Lock接口，ReadWriteLock接口；Condition条件，LockSupport阻塞原语。
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。
下面是AQS和使用AQS实现的一些锁，以及通过AQS实现的一些工具类的架构图：
图 1.依赖AQS实现的锁和工具类
5.AQS同步器的结构：同步器拥有首节点（head）和尾节点（tail）。同步队列的基本结构如下：
图 1.同步队列的基本结构 compareAndSetTail(Node expect,Node update)
- 同步队列设置尾节点（未获取到锁的线程加入同步队列）: 同步器AQS中包含两个节点类型的引用：一个指向头结点的引用（head),一个指向尾节点的引用（tail），当一个线程成功的获取到锁（同步状态），其他线程无法获取到锁，而是被构造成节点（包含当前线程，等待状态）加入到同步队列中等待获取到锁的线程释放锁。这个加入队列的过程，必须要保证线程安全。否则如果多个线程的环境下，可能造成添加到队列等待的节点顺序错误，或者数量不对。因此同步器提供了CAS原子的设置尾节点的方法（保证一个未获取到同步状态的线程加入到同步队列后，下一个未获取的线程才能够加入）。 如下图，设置尾节点：
图 2.尾节点的设置 节点加入到同步队列
- 同步队列设置首节点（原头节点释放锁，唤醒后继节点）：同步队列遵循FIFO，头节点是获取锁（同步状态）成功的节点，头节点在释放同步状态的时候，会唤醒后继节点，而后继节点将会在获取锁（同步状态）成功时候将自己设置为头节点。设置头节点是由获取锁（同步状态）成功的线程来完成的，由于只有一个线程能够获取同步状态，则设置头节点的方法不需要CAS保证，只需要将头节点设置成为原首节点的后继节点 ，并断开原头结点的next引用。如下图，设置首节点：
图 3.首节点的设置
6.独占式的锁的获取：调用同步器的acquire(int arg)方法可以获取同步状态，该方法对中断不敏感，即线程获取同步状态失败后进入同步队列，后续对线程进行中断操作时，线程不会从同步队列中移除。
(1) 当前线程实现通过tryAcquire()方法尝试获取锁，获取成功的话直接返回，如果尝试失败的话，进入等待队列排队等待，可以保证线程安全（CAS）的获取同步状态。
(2) 如果尝试获取锁失败的话，构造同步节点（独占式的Node.EXCLUSIVE），通过addWaiter(Node node,int args)方法,将节点加入到同步队列的队列尾部。
(3) 最后调用acquireQueued(final Node node, int args)方法，使该节点以死循环的方式获取同步状态，如果获取不到，则阻塞节点中的线程。acquireQueued方法当前线程在死循环中获取同步状态，而只有前驱节点是头节点的时候才能尝试获取锁（同步状态）（ p == head && tryAcquire(arg)）。
原因是：1.头结点是成功获取同步状态的节点，而头结点的线程释放锁以后，将唤醒后继节点，后继节点线程被唤醒后要检查自己的前驱节点是否为头结点。
2.维护同步队列的FIFO原则，节点进入同步队列以后，就进入了一个自旋的过程，每个节点（后者说每个线程）都在自省的观察。
下图为节点自旋检查自己的前驱节点是否为头结点：
图 4 节点自旋获取同步状态
独占式的锁的获取源码： acquire方法源码如下
1 /**
2 * Acquires in exclusive(互斥) mode, ignoring（忽视） interrupts. Implemented
3 * by invoking at least once {@link #tryAcquire},
4 * returning on success. Otherwise the thread is queued（排队）, possibly
5 * repeatedly（反复的） blocking and unblocking, invoking {@link
6 * #tryAcquire} until success. This method can be used
7 * to implement method {@link Lock#lock}.
8 *
9 * @param arg the acquire argument. This value is conveyed（传达） to
10 * {@link #tryAcquire} but is otherwise uninterpreted and
11 * can represent anything you like.
12 *
13 * 独占式的获取同步状态
14 *
15 */
16 public final void acquire(int arg) {
17 if (!tryAcquire(arg) && acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
18 selfInterrupt();
19 }
尝试获取锁：tryAcquire方法：如果获取到了锁，tryAcquire返回true，反之，返回false。
1 //方法2：
2 protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
3 // 获取当前线程
4 final Thread current = Thread.currentThread();
5 // 获取“独占锁”的状态，获取父类AQS的标志位
6 int c = getState();
7 //c == 0 意思是锁（同步状态）没有被任何线程所获取
8 //1.当前线程是否是同步队列中头结点Node,如果是的话，则获取该锁，设置锁的状态，并设置锁的拥有者为当前线程
9 if (c == 0) {
10 if (!hasQueuedPredecessors() &&
11
12 // 修改下状态为，这里的acquires的值是1，是写死的调用子类的lock的方法的时候传进来的，如果c == 0，compareAndSetState操作会更新成功为1.
13 compareAndSetState(0, acquires)) {
14 // 上面CAS操作更新成功为1，表示当前线程获取到了锁，因为将当前线程设置为AQS的一个变量中，代表这个线程拿走了锁。
15 setExclusiveOwnerThread(current);
16 return true;
17 }
18 }
19 //2.如果c不为0，即状态不为0，表示锁已经被拿走。
20 //因为ReetrantLock是可重入锁，是可以重复lock和unlock的，所以这里还要判断一次，获取锁的线程是否为当前请求锁的线程。
21 else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
22 //如果是，state继续加1，这里nextc的结果就会 > 1,这个判断表示获取到的锁的线程，还可以再获取锁，这里就是说的可重入的意思
23 int nextc = c + acquires;
24 if (nextc < 0)
25 throw new Error("Maximum lock count exceeded");
26 setState(nextc);
27 return true;
28 }
29 return false;
30 }
addWaiter方法的源码：回到aquire方法，如果尝试获取同步状态（锁）失败的话,则构造同步节点（独占式的Node.EXCLUSIVE）， 通过addWaiter(Node node,int args)方法 将该节点加入到同步队列的队尾。
1 /**
2 * Creates and enqueues node for current thread and given mode.
3 *
4 * @param mode Node.EXCLUSIVE for exclusive, Node.SHARED for shared
5 * @return the new node
6 *
7 *
8 * 如果尝试获取同步状态失败的话,则构造同步节点（独占式的Node.EXCLUSIVE），通过addWaiter(Node node,int args)方法将该节点加入到同步队列的队尾。
9 *
10 */
11 private Node addWaiter(Node mode) {
12 // 用当前线程够着一个Node对象，mode是一个表示Node类型的字段，或者说是这个节点是独占的还是共享的，或者说AQS的这个队列中，哪些节点是独占的，哪些节点是共享的。
13 Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
14 // Try the fast path of enq; backup to full enq on failure
15 Node pred = tail;
16 //队列不为空的时候
17 if (pred != null) {
18 node.prev = pred;
19 // 确保节点能够被线程安全的添加，使用CAS方法
20 // 尝试修改为节点为最新的节点，如果修改失败，意味着有并发，这个时候进入enq中的死循环，进行“自旋”的方式修改
21 if (compareAndSetTail(pred, node)) {
22 pred.next = node;
23 return node;
24 }
25 }
26 //进入自旋
27 enq(node);
28 return node;
29 }
enq方法的源码：同步器通过死循环的方式来保证节点的正确添加，在“死循环” 中通过CAS将节点设置成为尾节点之后，当前线程才能从该方法中返回，否则 当前线程不断的尝试设置。 enq方法将并发添加节点的请求通过CAS变得“串行化”了。
1 /**
2 * Inserts node into queue, initializing if necessary. See picture above.
3 * @param node the node to insert
4 * @return node's predecessor
5 *
6 * 同步器通过死循环的方式来保证节点的正确添加，在“死循环” 中通过CAS将节点设置成为尾节点之后，当前线程才能从该方法中返回，否则当前线程不断的尝试设置。
7 * enq方法将并发添加节点的请求通过CAS变得“串行化”了。
8 *
9 */
10 private Node enq(final Node node) {
11 for (;;) {
12 Node t = tail;
13 if (t == null) { // Must initialize
14 if (compareAndSetHead(new Node()))
15 tail = head;
16 } else {
17 node.prev = t;
18 if (compareAndSetTail(t, node)) {
19 t.next = node;
20 return t;
21 }
22 }
23 }
24 }
acquireQueued方法:在队列中的线程获取锁的过程：
1 /**
2 * Acquires in exclusive uninterruptible mode for thread already in
3 * queue. Used by condition wait methods as well as acquire.
4 *
5 * @param node the node
6 * @param arg the acquire argument
7 * @return {@code true} if interrupted while waiting
8 *
9 * acquireQueued方法当前线程在死循环中获取同步状态，而只有前驱节点是头节点才能尝试获取同步状态（锁）（ p == head && tryAcquire(arg)）
10 * 原因是:1.头结点是成功获取同步状态（锁）的节点，而头节点的线程释放了同步状态以后，将会唤醒其后继节点，后继节点的线程被唤醒后要检查自己的前驱节点是否为头结点。
11 * 2.维护同步队列的FIFO原则，节点进入同步队列之后，就进入了一个自旋的过程，每个节点（或者说是每个线程）都在自省的观察。
12 *
13 */
14 final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
15 boolean failed = true;
16 try {
17 boolean interrupted = false;
18 //死循环检查（自旋检查）当前节点的前驱节点是否为头结点，才能获取锁
19 for (;;) {
20 // 获取节点的前驱节点
21 final Node p = node.predecessor();
22 if (p == head && tryAcquire(arg)) {//节点中的线程循环的检查，自己的前驱节点是否为头节点
23 //将当前节点设置为头结点，移除之前的头节点
24 setHead(node);
25 p.next = null; // help GC
26 failed = false;
27 return interrupted;
28 }
29 // 否则检查前一个节点的状态，看当前获取锁失败的线程是否要挂起
30 if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
31 //如果需要挂起，借助JUC包下面的LockSupport类的静态方法park挂起当前线程，直到被唤醒
32 parkAndCheckInterrupt())
33 interrupted = true;
34 }
35 } finally {
36 //如果有异常
37 if (failed)
38 //取消请求，将当前节点从队列中移除
39 cancelAcquire(node);
40 }
41 }
独占式的获取同步状态的流程如下：
图5 独占式的获取同步状态的流程
7.独占锁的释放：下面直接看源码：
1 /*
2 1. unlock():unlock()是解锁函数，它是通过AQS的release()函数来实现的。
3 * 在这里，“1”的含义和“获取锁的函数acquire(1)的含义”一样，它是设置“释放锁的状态”的参数。
4 * 由于“公平锁”是可重入的，所以对于同一个线程，每释放锁一次，锁的状态-1。
5
6 unlock()在ReentrantLock.java中实现的，源码如下：
7 */
8 public void unlock() {
9 sync.release(1);
10 }
release()会调用tryRelease方法尝试释放当前线程持有的锁（同步状态），成功的话唤醒后继线程，并返回true，否则直接返回false
1 /**
2 * Releases in exclusive mode. Implemented by unblocking one or
3 * more threads if {@link #tryRelease} returns true.
4 * This method can be used to implement method {@link Lock#unlock}.
5 *
6 * @param arg the release argument. This value is conveyed to
7 * {@link #tryRelease} but is otherwise uninterpreted and
8 * can represent anything you like.
9 * @return the value returned from {@link #tryRelease}
10 *
11 *
12 *
13 */
14 public final boolean release(int arg) {
15 if (tryRelease(arg)) {
16 Node h = head;
17 if (h != null && h.waitStatus != 0)
18 unparkSuccessor(h);
19 return true;
20 }
21 return false;
22 }
1 // tryRelease() 尝试释放当前线程的同步状态（锁）
2 protected final boolean tryRelease(int releases) {
3 //c为释放后的同步状态
4 int c = getState() - releases;
5 //判断当前释放锁的线程是否为获取到锁（同步状态）的线程，不是抛出异常（非法监视器状态异常）
6 if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
7 throw new IllegalMonitorStateException();
8 boolean free = false;
9 //如果锁（同步状态）已经被当前线程彻底释放，则设置锁的持有者为null，同步状态（锁）变的可获取
10 if (c == 0) {
11 free = true;
12 setExclusiveOwnerThread(null);
13 }
14 setState(c);
15 return free;
16 }
释放锁成功后，找到AQS的头结点，并唤醒它即可：
1 // 4. 唤醒头结点的后继节点
2
3 private void unparkSuccessor(Node node) {
4 //获取头结点（线程）的状态
5 int ws = node.waitStatus;
6 //如果状态<0,设置当前线程对应的锁的状态为0
7 if (ws < 0)
8 compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);
9
10 Node s = node.next;
11
12 //解释:Thread to unpark is held in successor, which is normally just the next node.
13 //But if cancelled or apparently（显然） null, traverse backwards(向后遍历) from tail to find the actual（实际的） non-cancelled successor（前继节点）.
14 //从队列尾部开始往前去找最前面的一个waitStatus小于0的节点。
15 if (s == null || s.waitStatus > 0) {
16 s = null;
17 for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)
18 if (t.waitStatus <= 0)
19 s = t;
20 }
21 //唤醒后继节点对应的线程
22 if (s != null)
23 LockSupport.unpark(s.thread);
24 }
上面说的是ReentrantLock的公平锁获取和释放的AQS的源码，唯独还剩下一个非公平锁NonfairSync没说，其实，它和公平锁的唯一区别就是获取锁的方式不同，公平锁是按前后顺序一次获取锁，非公平锁是抢占式的获取锁，那ReentrantLock中的非公平锁NonfairSync是怎么实现的呢？
1 /**
2 * Sync object for non-fair locks
3 */
4 static final class NonfairSync extends Sync {
5 private static final long serialVersionUID = 7316153563782823691L;
6
7 /**
8 * Performs lock. Try immediate barge, backing up to normal
9 * acquire on failure.
10 */
11 final void lock() {
12 if (compareAndSetState(0, 1))
13 setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
14 else
15 acquire(1);
16 }
17
18 protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
19 return nonfairTryAcquire(acquires);
20 }
21 }
非公平锁的lock的时候多了上面加粗的代码：在lock的时候先直接用cas判断state变量是否为0（尝试获取锁），成功的话更新成1，表示当前线程获取到了锁，不需要在排队，从而直接抢占的目的。而对于公平锁的lock方法是一开始就走AQS的双向队列排队获取锁。更详细的关于ReentrantLock的实现请看后面写的一篇文章：http://www.cnblogs.com/200911/p/6035765.html
总结:在获取同步状态的时候，同步器维护一个同步队列，获取失败的线程会被加入到队列中并在队列中自旋;移除队列（或停止自旋）的条件是前驱节点为头结点并且获取到了同步状态。在释放同步状态时，同步器调用tryRelease(int args)方法释放同步状态，然后唤醒头结点的后继节点。AQS的实现思路其实并不复杂，用一句话准确的描述的话，其实就是使用标志状态位status（volatile int state）和 一个双向队列的入队和出队来实现。AQS维护一个线程何时访问的状态，它只是对状态负责，而这个状态的含义，子类可以自己去定义。
