Java中的并發(fā)包大家應(yīng)該都或多或少的了解過，說到并發(fā)包也就不得不提我們今天要說的AbstractQueuedSynchronizer，簡(jiǎn)稱AQS，這個(gè)是很多并發(fā)工具類的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)

public abstract class AbstractQueuedSynchronizer 
    extends AbstractOwnableSynchronizer 
    implements java.io.Serializable 

類如其名，抽象的隊(duì)列式的同步器，AQS定義了一套多線程訪問共享資源的同步器框架，許多同步類實(shí)現(xiàn)都依賴于它，如常用的ReentrantLock、Semaphore、CountDownLatch

深入探究AQS

先來看這個(gè)圖，圖中有顏色的為Method，無(wú)顏色的為Attribution

總的來說，AQS框架共分為五層，自上而下由淺入深，從AQS對(duì)外暴露的API到底層基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

當(dāng)有自定義同步器接入時(shí)，只需重寫第一層所需要的部分方法即可，不需要關(guān)注底層具體的實(shí)現(xiàn)流程

道理也很簡(jiǎn)單，就像我們說的，這個(gè)東西是一個(gè)抽象的同步器，它將加鎖和解鎖這些操作交給了具體的實(shí)現(xiàn)類來自己實(shí)現(xiàn)，就像這樣

當(dāng)自定義同步器進(jìn)行加鎖或者解鎖操作時(shí)，先經(jīng)過第一層的API進(jìn)入AQS內(nèi)部方法，然后經(jīng)過第二層進(jìn)行鎖的獲取，獲取鎖成功之后便直接執(zhí)行相應(yīng)的邏輯，對(duì)于獲取鎖失敗的流程，進(jìn)入第三層和第四層的等待隊(duì)列處理，而這些處理方式均依賴于第五層的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)提供層

這樣給大家說的話，應(yīng)該很容易就可以理解了

AQS的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

研究過AQS的同學(xué)應(yīng)該對(duì)這個(gè)圖都很熟悉了，AQS的核心就是state+Node+CLH變體雙向隊(duì)列

核心思想就是通過一個(gè)volatile類型state狀態(tài)來表示共享資源的狀態(tài)，如果被請(qǐng)求的資源空閑，就將獲得共享資源的線程設(shè)置為當(dāng)前有效的線程，然后修改state為鎖定狀態(tài)，其它的線程及時(shí)可見

共享資源被占用之后，其它線程肯定不能直接就返回失敗啊，這樣這個(gè)并發(fā)包的高效就沒得了，所以就引入了一個(gè)雙向隊(duì)列，這個(gè)雙向等待隊(duì)列放置那些暫時(shí)還未搶到共享資源的線程，來完成等待喚醒機(jī)制

實(shí)際上，AQS的運(yùn)行中的這個(gè)CLH變體的雙向隊(duì)列，不知存儲(chǔ)未搶到共享資源的線程，而搶到共享資源的這個(gè)線程也會(huì)作為隊(duì)列的頭節(jié)點(diǎn)head存在

CLH：Craig、Landin and Hagersten隊(duì)列，是單向鏈表，AQS中的隊(duì)列是CLH變體的虛擬雙向隊(duì)列(FIFO)，AQS是通過將每條請(qǐng)求共享資源的線程封裝成一個(gè)節(jié)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)鎖的分配。

這么說大家應(yīng)該就很容易懂了吧，就是大家一起搶共享資源，搶到的就是有效線程，放到雙向隊(duì)列的head頭節(jié)點(diǎn)，沒搶到的就依次往后排

我們接著看一下Node節(jié)點(diǎn)是怎么做的

這個(gè)是Node節(jié)點(diǎn)的屬性值和含義

簡(jiǎn)單解釋一下，waitStatus就是節(jié)點(diǎn)在隊(duì)列中的狀態(tài)，Thread就是當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的線程，prev和next是前驅(qū)指針和后繼指針

這里的重點(diǎn)就是waitStatus屬性

CANCELLED(1)：表示當(dāng)前結(jié)點(diǎn)已取消調(diào)度。當(dāng)timeout或被中斷(響應(yīng)中斷的情況下)，會(huì)觸發(fā)變更為此狀態(tài)，進(jìn)入該狀態(tài)后的結(jié)點(diǎn)將不會(huì)再變化。

SIGNAL(-1)：表示后繼結(jié)點(diǎn)在等待當(dāng)前結(jié)點(diǎn)喚醒。后繼結(jié)點(diǎn)入隊(duì)時(shí)，會(huì)將前繼結(jié)點(diǎn)的狀態(tài)更新為SIGNAL。

CONDITION(-2)：表示結(jié)點(diǎn)等待在Condition上，當(dāng)其他線程調(diào)用了Condition的signal()方法后，CONDITION狀態(tài)的結(jié)點(diǎn)將從等待隊(duì)列轉(zhuǎn)移到同步隊(duì)列中，等待獲取同步鎖。

PROPAGATE(-3)：共享模式下，前繼結(jié)點(diǎn)不僅會(huì)喚醒其后繼結(jié)點(diǎn)，同時(shí)也可能會(huì)喚醒后繼的后繼結(jié)點(diǎn)。

0：新結(jié)點(diǎn)入隊(duì)時(shí)的默認(rèn)狀態(tài)。

正是由于這個(gè)特點(diǎn)，負(fù)值表示結(jié)點(diǎn)處于有效等待狀態(tài)，而正值表示結(jié)點(diǎn)已被取消。所以源碼中很多地方用>0、<0來判斷結(jié)點(diǎn)的狀態(tài)是否正常

同步狀態(tài)state

AQS中維護(hù)了一個(gè)名為state的字段，意為同步狀態(tài)，是由Volatile修飾的，用于展示當(dāng)前臨界資源的獲鎖情況。

private volatile int state; 

對(duì)于這個(gè)state，AQS也是提供了幾個(gè)方法

這幾個(gè)方法都是final類型的，子類是無(wú)法修改的

在AQS中的是有兩種加鎖模式的，一種是共享式，一種是獨(dú)占式，共享式也很簡(jiǎn)單，就是通過控制AQS中的state數(shù)值即可

state是AQS中的volatile類型，具有可見性，用于記錄加鎖狀態(tài)和重入的次數(shù)，當(dāng)然不只是重入次數(shù)，其實(shí)這個(gè)state在不同的實(shí)現(xiàn)類中是有不同的意義的

【ReentrantLock】：state用于記錄鎖的持有狀態(tài)和重入次數(shù)，state=0表示沒有線程持有鎖;state=1表示有一個(gè)線程持有鎖;state=N表示exclusiveOwnerThread這個(gè)線程N(yùn)次重入了這個(gè)鎖。

【ReentrantReadWriteLock】：state用于記錄讀寫鎖的占用狀態(tài)和持有線程數(shù)量(讀鎖)、重入次數(shù)(寫鎖)，state的高16位記錄持有讀鎖的線程數(shù)量，低16位記錄寫鎖線程重入次數(shù)，如果這16位的值是0，表示沒有線程占用鎖，否則表示有線程持有鎖。

另外針對(duì)讀鎖，每個(gè)線程獲取到的讀鎖次數(shù)由本地線程變量中的HoldCounter記錄。

【Semaphore】：state用于計(jì)數(shù)。state=N表示還有N個(gè)信號(hào)量可以分配出去，state=0表示沒有信號(hào)量了，此時(shí)所有需要acquire信號(hào)量的線程都等著;

【CountDownLatch】：state也用于計(jì)數(shù)，每次countDown都減一，減到0的時(shí)候喚醒被await阻塞的線程。

切記：區(qū)分開volatile類型的state屬性和Node節(jié)點(diǎn)中的waitStatus屬性

搶占共享資源也是有兩種方式的：公平鎖和非公平鎖

大家用過ReentrantLock的同學(xué)肯定都知道，默認(rèn)的是非公平鎖，但是我們可以傳入一個(gè)參數(shù)設(shè)置為公平鎖

按照ReentrantLock來說一下公平鎖和非公平鎖

公平鎖，是公平的，可以保證獲取鎖的線程按照先來后到的順序，獲取到鎖。

非公平鎖，各個(gè)線程獲取到鎖的順序，不一定和它們申請(qǐng)的先后順序一致，有可能后來的線程，反而先獲取到了鎖。

在實(shí)現(xiàn)上，公平鎖在進(jìn)行l(wèi)ock時(shí)，首先會(huì)進(jìn)行tryAcquire()操作。

在tryAcquire中，會(huì)判斷等待隊(duì)列中是否已經(jīng)有別的線程在等待了。如果隊(duì)列中已經(jīng)有別的線程了，則tryAcquire失敗，則將自己加入隊(duì)列。

如果隊(duì)列中沒有別的線程，則進(jìn)行獲取鎖的操作。

非公平鎖，在進(jìn)行l(wèi)ock時(shí)，會(huì)直接嘗試進(jìn)行加鎖，如果成功，則獲取到鎖，如果失敗，則進(jìn)行和公平鎖相同的動(dòng)作。

從公平鎖和非公平的實(shí)現(xiàn)上來看，他們的操作基本相同，唯一的區(qū)別在于，在lock時(shí)，非公平鎖會(huì)直接先進(jìn)行嘗試加鎖的操作。

當(dāng)前一個(gè)線程完成了鎖的使用，并且釋放了，而且此時(shí)等待隊(duì)列非空時(shí)，如果這是有新線程申請(qǐng)鎖，那么，公平鎖和非公平鎖的表現(xiàn)就會(huì)出現(xiàn)差異。

公平鎖

優(yōu)點(diǎn)：線程按照順序獲取鎖，不會(huì)出現(xiàn)餓死現(xiàn)象(注：餓死現(xiàn)象是指一個(gè)線程的CPU執(zhí)行時(shí)間都被其他線程占用，導(dǎo)致得不到CPU執(zhí)行。

缺點(diǎn)：整體吞吐效率相對(duì)非公平鎖要低，等待隊(duì)列中除一個(gè)線程以外的所有線程都會(huì)阻塞，CPU喚醒線程的開銷比非公平鎖要大。

非公平鎖

優(yōu)點(diǎn)：可以減少喚起線程上下文切換的消耗，整體吞吐量比公平鎖高。

缺點(diǎn)：在高并發(fā)環(huán)境下可能造成線程優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)和餓死現(xiàn)象。

AQS作為并發(fā)編程的框架，為很多其他同步工具提供了良好的解決方案。下面列出了JUC中的幾種同步工具，大體介紹一下AQS的應(yīng)用場(chǎng)景：