是什么

前边说了并发基础必学的《内存模型》，也提到了synchronized这个重量级锁，虽然在1.6后，进行大量的锁优化策略,但是与Lock相比synchronized还是存在一些缺陷的：虽然synchronized提供了便捷性的隐式获取锁释放锁机制（基于JVM机制），但是它却缺少了获取锁与释放锁的可操作性，可中断、超时获取锁，且它为独占式在高并发场景下性能大打折扣。
因为后边会用到很多并发编程的利器CountDownLatch、CyclicBarrier、Sempahore、ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock，他们是通过AbstractQueuedSynchronizer抽象类(下面简写AQS)来实现的，那么什么是AQS：它是一个抽象队列同步器，用来构建锁或者其他同步组件。

如何用

AQS的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。
AQS使用一个int类型的成员变量state来表示同步状态，当state>0时表示已经获取了锁，当state = 0时表示释放了锁。它提供了三个方法来对同步状态state进行操作，当然AQS可以确保对state的操作是安全的，它是原子式的管理同步状态。

  • getState()：返回同步状态的当前值；
  • 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；

AQS通过内置的FIFO同步队列来完成资源获取线程的排队工作，如果当前线程获取同步状态失败（锁）时，AQS则会将当前线程以及等待状态等信息构造成一个节点（Node）并将其加入同步队列，同时会阻塞当前线程，当同步状态释放时，则会把节点中的线程唤醒，使其再次尝试获取同步状态。

同步队列

在同步队列中，一个节点表示一个线程，它保存着线程的引用（thread）、状态（waitStatus）、前驱节点（prev）、后继节点（next），其定义源码如下：

  1. static final class Node {
  2.     /** 共享 */
  3.     static final Node SHARED = new Node();
  5.     /** 独占 */
  6.     static final Node EXCLUSIVE = null;
  8.     /**
  9.      * 因为超时或者中断，节点会被设置为取消状态，被取消的节点时不会参与到竞争中的，他会一直保持取消状态不会转变为其他状态；
  10.      */
  11.     static final int CANCELLED = 1;
  13.     /**
  14.      * 后继节点的线程处于等待状态，而当前节点的线程如果释放了同步状态或者被取消，将会通知后继节点，使后继节点的线程得以运行
  15.      */
  16.     static final int SIGNAL = -1;
  18.     /**
  19.      * 节点在等待队列中，节点线程等待在Condition上，当其他线程对Condition调用了signal()后，改节点将会从等待队列中转移到同步队列中，加入到同步状态的获取中
  20.      */
  21.     static final int CONDITION = -2;
  23.     /**
  24.      * 表示下一次共享式同步状态获取将会无条件地传播下去
  25.      */
  26.     static final int PROPAGATE = -3;
  28.     /** 等待状态 */
  29.     volatile int waitStatus;
  31.     /** 前驱节点 */
  32.     volatile Node prev;
  34.     /** 后继节点 */
  35.     volatile Node next;
  37.     /** 获取同步状态的线程 */
  38.     volatile Thread thread;
  39.     Node nextWaiter;
  41.     Node() {
  42.     }
  44.     Node(Thread thread, Node mode) {
  45.         this.nextWaiter = mode;
  46.         this.thread = thread;
  47.     }
  49.     Node(Thread thread, int waitStatus) {
  50.         this.waitStatus = waitStatus;
  51.         this.thread = thread;
  52.     }
  54.     final boolean isShared() {
  55.         return nextWaiter == SHARED;
  56.     }
  58.     final Node predecessor() throws NullPointerException {
  59.         Node p = prev;
  61.         if (p == null) {
  62.             throw new NullPointerException();
  63.         }
  65.         else return p;
  66.     }
  67. }

入队：tail指向新节点、新节点的prev指向当前最后的节点，当前最后一个节点的next指向新节点。可以查看addWaiter(Node node)方法。
出队：首节点的线程释放同步状态后，将会唤醒它的后继节点（next），而后继节点将会在获取同步状态成功时将自己设置为首节点，这个过程非常简单，head执行该节点并断开原首节点的next和当前节点的prev即可，注意在这个过程是不需要使用CAS来保证的，因为只有一个线程能够成功获取到同步状态。

同步状态

AQS的设计模式采用的模板方法模式，子类通过继承的方式，实现它的抽象方法来管理同步状态，对于子类而言它并没有太多的活要做，AQS提供了大量的模板方法来实现同步，主要是分为三类：独占式获取和释放同步状态、共享式获取和释放同步状态、查询同步队列中的等待线程情况。自定义子类使用AQS提供的模板方法就可以实现自己的同步语义。
独占式

  • tryAcquire(int arg)：独占式获取同步状态，获取同步状态成功后，其他线程需要等待该线程释放同步状态才能获取同步状态。
  • acquire(int arg)：独占式获取同步状态，如果当前线程获取同步状态成功，则由该方法返回，否则，将会进入同步队列等待，该方法将会调用可重写的tryAcquire(int arg)方法。
  • acquireQueued：当前线程会根据公平性原则来进行阻塞等待（自旋）,直到获取锁为止；并且返回当前线程在等待过程中有没有中断过。

共享式：

  • tryAcquireShared(int arg)：共享式获取同步状态，返回值大于等于0则表示获取成功，否则获取失败；
  • tryAcquireNanos(int arg,long nanos)：超时获取同步状态，如果当前线程在nanos时间内没有获取到同步状态，那么将会返回false，已经获取则返回true；
  • acquireShared(int arg)：共享式获取同步状态，如果当前线程未获取到同步状态，将会进入同步队列等待，与独占式的主要区别是在同一时刻可以有多个线程获取到同步状态；
  • acquireSharedInterruptibly(int arg)：共享式获取同步状态，响应中断；
  • tryAcquireSharedNanos(int arg, long nanosTimeout)：共享式获取同步状态，增加超时限制；