1.简介AQS?

AQS(全称：AbstractQueuedS**ynchronizer ) 是⼀个⽤来构建锁和同步器的框架，使⽤ AQS 能简单且⾼效地构造出应⽤⼴泛的⼤量的同步器，⽐如我们提到的 ReentrantLock ， Semaphore ，其他的诸如ReentrantReadWriteLock ， SynchronousQueue ， FutureTask 等等皆是基于 AQS 的。当然，我们⾃⼰也能利⽤ AQS ⾮常轻松容易地构造出符合我们⾃⼰需求的自定义同步器**。

2.AQS的核心思想：

如果被请求的共享资源空闲，则将当前请求资源的线程设置为有效的⼯作线程，并且将共享资源设置为锁定状态。如果被请求的共享资源被占⽤，那么就需要⼀套线程阻塞等待以及被唤醒时锁分配的机制，这个机制 AQS 是⽤ CLH 队列锁实现的，即将暂时获取不到锁的线程加⼊到队列中。
image.png

3.框架：

　　它维护了一个volatile **int state（代表共享资源）和一个FIFO线程等待队列（多线程争用资源被阻塞时会进入此队列**）。这里volatile是核心关键词，具体volatile的语义，在此不述。state的访问方式有三种:

  • 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()：判断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。

4.结点状态waitStatus：

  1.   这里我们说下Node。Node结点是对每一个等待获取资源的线程的封装，其包含了需要同步的线程本身及其等待状态，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Node结点的等待状态**，共有5种取值**CANCELLED、SIGNAL、CONDITION、PROPAGATE、0**。
  • CANCELLED(1)：表示当前结点已取消调度。当timeout或被中断（响应中断的情况下），会触发变更为此状态，进入该状态后的结点将不会再变化。
  • SIGNAL(-1)：表示后继结点在等待当前结点唤醒。后继结点入队时，会将前继结点的状态更新为SIGNAL。
  • CONDITION(-2)：表示结点等待在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(-3)：共享模式下，前继结点不仅会唤醒其后继结点，同时也可能会唤醒后继的后继结点。
  • 0：新结点入队时的默认状态。

注意，负值表示结点处于有效等待状态，而正值表示结点已被取消。所以源码中很多地方用>0、<0来判断结点的状态是否正常。

5.AQS 底层使⽤了模板⽅法模式：

同步器的设计是基于模板⽅法模式的，如果需要⾃定义同步器⼀般的⽅式是这样（模板⽅法模式
很经典的⼀个应⽤）：
1. 使⽤者继承 AbstractQueuedSynchronizer 并重写指定的⽅法。（这些重写⽅法很简单，⽆⾮
是对于共享资源 state 的获取和释放）
2. 将 AQS 组合在⾃定义同步组件的实现中，并调⽤其模板⽅法，⽽这些模板⽅法会调⽤使⽤
者重写的⽅法。
这和我们以往通过实现接⼝的⽅式有很⼤区别，这是模板⽅法模式很经典的⼀个运⽤。

6.AQS 组件总结：

Semaphore (信号量):

允许多个线程同时访问： synchronized 和 ReentrantLock 都是⼀次只允许⼀个线程访问某个资源， Semaphore (信号量)可以指定多个线程同时访问某个资源。CountDownLatch （倒计时器）： CountDownLatch 是⼀个同步⼯具类，⽤来协调多个线程之间的同步。这个⼯具通常⽤来控制线程等待，它可以让某⼀个线程等待直到倒计时结束，再开始执⾏。

CountDownLatch （倒计时器）：

CountDownLatch 是⼀个同步⼯具类，⽤来协调多个线程之间的同步。这个⼯具通常⽤来控制线程等待，它可以让某⼀个线程等待直到倒计时结束，再开始执⾏。
CountDownLatch 的作⽤就是 允许 count 个线程阻塞在⼀个地⽅，直⾄所有线程的任务都执⾏完毕。

CyclicBarrier (循环栅栏)：

     CyclicBarrier 和 CountDownLatch ⾮常类似，它也可以实现线程间的技术等待，但是它的功能⽐ CountDownLatch 更加复杂和强⼤。主要应⽤场景和CountDownLatch 类似。 CyclicBarrier 的字⾯意思是**可循环使⽤（ Cyclic ）的屏障（ Barrier ）**。它要做的事情是，让⼀组线程到达⼀个屏障（也可以叫同步点）时被阻塞，直到最后⼀个线程到达屏障时，屏障才会开⻔，所有被屏障拦截的线程才会继续⼲活。 CyclicBarrier 默认的构造⽅法是 CyclicBarrier(int parties) ，其**参数表示屏障拦截的线程数量**，每个线程调⽤ await() ⽅法告诉 CyclicBarrier 我已经到达了屏障，然后当前线程被阻塞。