什么是AbstractQueuedSynchronizer(AQS)
字面意思是抽象队列同步器，使用一个voliate修饰的int类型的同步状态，通过一个FIFO队列完成资源获取的排队工作，把每个参与资源竞争的线程封装成一个Node节点来实现锁的分配。
AbstractQueuedSynchronizer源码
public abstract class AbstractQueuedSynchronizer extends AbstractOwnableSynchronizer implements java.io.Serializable { private transient volatile Node head;//链表头 private transient volatile Node tail;//链表尾 private transient Thread exclusiveOwnerThread;//持有锁的线程 private volatile int state;//同步状态,0表示当前没有线程获取到锁 static final class Node {//链表的Node节点类 volatile int waitStatus;//当前节点在队列中的状态 volatile Node prev;//前置节点 volatile Node next;//后置节点 volatile Thread thread;//当前线程 } } AQS同步队列的基本结构
Node.waitStatus的说明
| 状态值 | 描述 |
|---|---|
| 0 | 节点默认的初始值 |
| SIGNAL=-1 | 线程已经准备好，等待释放资源 |
| CANCELLED=1 | 获取锁的请求线程被取消 |
| CONDITION=-2 | 节点在队列中，等待唤醒 |
state为什么要用volatile修饰？
- 可见性，一个线程对变量的修改可以立即被别的线程感知到
- 有序性，禁止指令重排
AQS获取锁步骤
public final void acquire(int arg) { if (!tryAcquire(arg) && acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)) selfInterrupt(); } - 当一个线程获取锁时，首先判断state状态值是否为0
- 如果state==0，则通过CAS的方式修改为非0状态
- 修改成功，则表明获取锁成功，执行业务代码
- 修改失败，则把当前线程封装为一个Node节点，加入到队列中并挂起当前线程
- 如果state!=0,则把当前线程封装为一个Node节点，加入到队列中并挂起当前线程
AQS获取锁过程
首先调用tryAcquire去修state的状态值，成功就获取当前锁；失败则加入当前等待队列中，然后挂起线程。
tryAcquire
在AQS的源码中tryAcquire是一空实现,需要它的子类去实现这个空方法。因为在AQS中虽然公平锁和非公平锁的都是基于一个CLH去实现，但是在获取锁的过程中略有不同。
protected boolean tryAcquire(int arg) { throw new UnsupportedOperationException(); } 公平锁FairSync#tryAcquire
protected final boolean tryAcquire(int acquires) { //获取当前线程 final Thread current = Thread.currentThread(); int c = getState();//获取同步器的状态 if (c == 0) {//当前没有线程获取到锁 //首先判断祖宗节点的线程是否当前线程一样 if (!hasQueuedPredecessors() && //更改state的状态值为非0 compareAndSetState(0, acquires)) { setExclusiveOwnerThread(current); return true; } } //如果锁持有者的线程是当前线程，则可放行，锁的重入 else if (current == getExclusiveOwnerThread()) { int nextc = c + acquires; if (nextc < 0) throw new Error("Maximum lock count exceeded"); setState(nextc); return true; } return false; } } /** * 判断祖宗节点的线程是否当前线程一样 * 傀儡节点的下个节点 */ public final boolean hasQueuedPredecessors() { Node t = tail; Node h = head; Node s; //头节点的下个节点所持有的线程是否与当前线程相同 return h != t && ((s = h.next) == null || s.thread != Thread.currentThread()); } 非公平锁NonfairSync#tryAcquire
protected final boolean tryAcquire(int acquires) { return nonfairTryAcquire(acquires); } final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) { final Thread current = Thread.currentThread(); int c = getState(); if (c == 0) { //通过CAS更改state的状态值 if (compareAndSetState(0, acquires)) { //把当前线程设置为锁的持有者 setExclusiveOwnerThread(current); return true; } } //如果锁持有者的线程是当前线程，则可放行，锁的重入 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; }
对比后发现，公平锁先判断是否有老祖宗节点，如果有则返回false；如果当前线程对应的node就是老祖宗节点，则直接去修改state状态，把state改为非0。
addWaiter
获取锁成功的线程去执行业务逻辑了，获取锁失败的线程则会在队列中排队等候，每个等候的线程也都不安分的。
private Node addWaiter(Node mode) { //把当前线程封装为一个Node节点 Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode); Node pred = tail; if (pred != null) { node.prev = pred; if (compareAndSetTail(pred, node)) { pred.next = node; return node; } } //加入到队列的尾部 enq(node); return node; } - 把当前线程封装为一个Node节点
- 当第一次执行这个方法时，由于head和tail都还没有赋值，则pred指向的tail也是空，所以直接直到
enq(node) - 当pred指向的tail不为空时，则通过CAS的方式加入到尾部，如果成功直接返回；如果失败，则进入
enq(node)通过自旋的方式加入。
//通过自旋的方式将节点加入到节点的尾部 private Node enq(final Node node) { for (;;) { Node t = tail; if (t == null) { // Must initialize if (compareAndSetHead(new Node())) tail = head; } else { node.prev = t; if (compareAndSetTail(t, node)) { t.next = node; return t; } } } } 为了操作链表的方便，一般都要在链表的头前加入一个傀儡节点，AQS的链表也不例外。
先创建一个傀儡节点，并把head、tail均指向它，然后再把node节点加入到尾部后面，移动tail的指向。
acquireQueued
当节点成功加入到链表的尾部后，等待被唤醒，然后通过自旋的方式去获取锁
final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) { boolean failed = true; try { boolean interrupted = false; for (;;) { //当前节点的前置节点 final Node p = node.predecessor(); //如果前置节点是傀儡节点(head指向傀儡节点),则再次尝试去获取锁 if (p == head && tryAcquire(arg)) { //获取成功后，则移除之前的傀儡节点，head指向当前node, setHead(node); p.next = null; // help GC failed = false; return interrupted; } //获取锁失败后，设置node节点的状态，并挂起当前节点 if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) && parkAndCheckInterrupt()) interrupted = true; } } finally { if (failed) cancelAcquire(node); } } - 获取node节点的前置节点，如果前置节点是head，则再次尝试去获取锁
- 设置当前node节点的前置节点状态为-1(表示后续节点正在等待状态，默认是0)，然后通过自旋的后会进行到
parkAndCheckInterrupt挂起当前节点 LockSupport.park(this)执行完事，当前线程会一直阻塞到这个地方- 当前唤醒时再次从1开始执行
AQS释放锁过程
public final boolean release(int arg) { if (tryRelease(arg)) { Node h = head; if (h != null && h.waitStatus != 0) unparkSuccessor(h); return true; } return false; } 主要是恢复state的值、重置锁持有都线程，然后唤醒挂起的线程。
protected final boolean tryRelease(int releases) { int c = getState() - releases; //当前线程与锁持有者线程不一样会报错 if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread()) throw new IllegalMonitorStateException(); boolean free = false; if (c == 0) {//重入的次数为0时，则当前线程已经没有重入了，可以清空锁的持有者 free = true; setExclusiveOwnerThread(null); } setState(c); return free; } 恢复state状态的值，如果重入次数为0时，则清空锁的持有都为null
private void unparkSuccessor(Node node) { int ws = node.waitStatus; if (ws < 0) compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0); Node s = node.next; if (s == null || s.waitStatus > 0) { s = null; for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev) if (t.waitStatus <= 0) s = t; } if (s != null)//唤醒下个node对应的线程 LockSupport.unpark(s.thread); } 设置head指向的node节点的watiStatus的状态值，然后找到下个节点对应的线程并唤醒。
