帶著問題閱讀
1、什麼是AQS，它有什麼作用，核心思想是什麼
2、AQS中的獨佔鎖和共享鎖原理是什麼，AQS提供的鎖機制是公平鎖還是非公平鎖
3、AQS在Java中有哪些實現，如何基於AQS實現自己的鎖控制
4、AQS除了提供鎖框架以外還提供了什麼能力
AQS介紹
AbstractQueuedSynchronizer(AQS)提供了一套可用於實現鎖同步機制的框架，不誇張地說，AQS是JUC同步框架的基石。AQS通過一個FIFO佇列維護執行緒同步狀態，實現類只需要繼承該類，並重寫指定方法即可實現一套執行緒同步機制。
AQS根據資源互斥級別提供了獨佔和共享兩種資源訪問模式；同時其定義Condition結構提供了wait/signal等待喚醒機制。在JUC中，諸如ReentrantLock、CountDownLatch等都基於AQS實現。
AQS框架
AQS原理
AQS的原理並不複雜，AQS維護了一個volatile int state變數和一個CLH(三個人名縮寫)雙向佇列，佇列中的節點持有執行緒引用，每個節點均可通過getState()、setState()和compareAndSetState()對state進行修改和訪問。·
當執行緒獲取鎖時，即試圖對state變數做修改，如修改成功則獲取鎖；如修改失敗則包裝為節點掛載到佇列中，等待持有鎖的執行緒釋放鎖並喚醒佇列中的節點。
AQS模版方法
AQS內部封裝了佇列維護邏輯，採用模版方法的模式提供實現類以下方法：
tryAcquire(int); // 嘗試獲取獨佔鎖，可獲取返回true，否則false
tryRelease(int); // 嘗試釋放獨佔鎖，可釋放返回true，否則false
tryAcquireShared(int); // 嘗試以共享方式獲取鎖，失敗返回負數，只能獲取一次返回0，否則返回個數
tryReleaseShared(int); // 嘗試釋放共享鎖，可獲取返回true，否則false
isHeldExclusively(); // 判斷執行緒是否獨佔資源
如實現類只需實現獨佔鎖/共享鎖功能，可只實現tryAcquire/tryRelease或tryAcquireShared/tryReleaseShared。雖然實現tryAcquire/tryRelease可自行設定邏輯，但建議使用state方法對state變數進行操作以實現同步類。
如下是一個簡單的同步鎖實現示例：
public class Mutex extends AbstractQueuedSynchronizer {
@Override
public boolean tryAcquire(int arg) {
return compareAndSetState(0, 1);
}
@Override
public boolean tryRelease(int arg) {
return compareAndSetState(1, 0);
}
public static void main(String[] args) {
final Mutex mutex = new Mutex();
new Thread(() -> {
System.out.println("thread1 acquire mutex");
mutex.acquire(1);
// 獲取資源後sleep保持
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
} catch(InterruptedException ignore) {
}
mutex.release(1);
System.out.println("thread1 release mutex");
}).start();
new Thread(() -> {
// 保證執行緒2線上程1啟動後執行
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
} catch(InterruptedException ignore) {
}
// 等待執行緒1 sleep結束釋放資源
mutex.acquire(1);
System.out.println("thread2 acquire mutex");
mutex.release(1);
}).start()
}
}
示例程式碼簡單通過AQS實現一個互斥操作，執行緒1獲取mutex後，執行緒2的acquire陷入阻塞，直到執行緒1釋放。其中tryAcquire/acquire/tryRelease/release的arg引數可按實現邏輯自定義傳入值，無具體要求。
@param arg the acquire argument. This value is conveyed to {@link #tryAcquire} but is otherwise uninterpreted and can represent anyting you like.
AQS核心結構
Node
前文提到，在AQS中如果執行緒獲取資源失敗，會包裝成一個節點掛載到CLH佇列上，AQS中定義了Node類用於包裝執行緒。
Node主要包含5個核心欄位：
waitStatus：當前節點狀態，該欄位共有5種取值：CANCELLED = 1。節點引用執行緒由於等待超時或被打斷時的狀態。SIGNAL = -1。後繼節點執行緒需要被喚醒時的當前節點狀態。當佇列中加入後繼節點被掛起(block)時，其前驅節點會被設定為SIGNAL狀態，表示該節點需要被喚醒。CONDITION = -2。當節點執行緒進入condition佇列時的狀態。(見ConditionObject)PROPAGATE = -3。僅在釋放共享鎖releaseShared時對頭節點使用。(見共享鎖分析)0。節點初始化時的狀態。
prev：前驅節點。next：後繼節點。thread：引用執行緒，頭節點不包含執行緒。nextWaiter：condition條件佇列。(見ConditionObject)
獨佔鎖分析
acquire
public final void acquire(int arg) {
// tryAcquire需實現類處理
// 如獲取資源成功，直接返回
if (!tryAcquire(arg) &&
// 如獲取資源失敗，將執行緒包裝為Node新增到佇列中阻塞等待
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
// 如阻塞執行緒被打斷
selfInterrupt();
}
acquire核心為tryAcquire、addWaiter和acquireQueued三個函式，其中tryAcquire需具體類實現。 每當執行緒呼叫acquire時都首先會呼叫tryAcquire，失敗後才會掛載到佇列，因此acquire實現預設為非公平鎖。
addWaiter將執行緒包裝為獨佔節點，尾插式加入到佇列中，如佇列為空，則會新增一個空的頭節點。值得注意的是addWaiter中的enq方法，通過CAS+自旋的方式處理尾節點新增衝突。
acquireQueue線上程節點加入佇列後判斷是否可再次嘗試獲取資源，如不能獲取則將其前驅節點標誌為SIGNAL狀態(表示其需要被unpark喚醒)後，則通過park進入阻塞狀態。
參照流程圖，acquireQueued方法核心邏輯為for(;;)和shouldParkAfterFailedAcquire。tail節點預設初始狀態為0，當新節點被掛載到佇列後，將其前驅即原tail節點狀態設為SIGNAL，表示該節點需要被喚醒，返回true後即被park陷入阻塞。for迴圈直到節點前驅為head後才嘗試進行資源獲取。
release
release流程較為簡單，嘗試釋放成功後，即從頭結點開始喚醒其後繼節點，如後繼節點被取消，則轉為從尾部開始找阻塞的節點將其喚醒。阻塞節點被喚醒後，即進入acquireQueued中的for(;;)迴圈開始新一輪的資源競爭。
共享鎖分析
acquireShared & releaseShared
public final void acquireShared(int arg) {
// 負數表示獲取共享鎖失敗，不同於tryAcquire的bool返回
if (tryAcquireShared(arg) < 0)
doAcquireShared(arg);
}
public final boolean releaseShared(int arg) {
if (tryReleaseShared(arg)) {
doReleaseShared();
return true;
}
return false;
}
acquireShared和releaseShared整體流程與獨佔鎖類似，tryAcquireShared獲取失敗後以Node.SHARED掛載到隊尾阻塞，直到隊頭節點將其喚醒。在doAcquireShared與獨佔鎖不同的是，由於共享鎖是可以被多個執行緒獲取的，因此在首個阻塞節點被喚醒後，會通過setHeadAndPropagate傳遞喚醒後續的阻塞節點。
// doAcquireShared核心程式碼
final Node node = addWaiter(Node.SHARED);
...
for (;;) {
final Node p = node.predecessor();
if (p == head) {
int r = tryAcquireShared(arg);
if (r >= 0) {
// r>=0 表示獲取鎖成功，調整頭結點並傳遞喚醒
setHeadAndPropagate(node, r);
}
}
...
}
setHeadAndPropagate和doReleaseShared構成共享鎖喚醒的核心邏輯。
這兩方法的邏輯較為簡單，不再進行展開，主要對setheadAndPropagate的多節點喚醒判斷邏輯做出分析。
進入setHeadAndPropagate，首先需要明確的是，該函式的傳入引數propagate一定是非負數，接下來其喚醒主要為兩個判斷邏輯：
-
如果
propagate > 0，表示存在多個共享鎖可以獲取，可直接進行doReleaseShared喚醒阻塞節點。 -
如果
propagate = 0，表示僅當前節點可被喚醒，則有兩種情況：h == null || h.waitStatus < 0，通常情況下h != null，現給出h.waitStatus < 0的場景。
-
(h = head) == null || h.waitStatus < 0的場景執行序列如下：
獨佔鎖共享鎖小結
1、獨佔鎖共享鎖預設都是非公平獲取策略，可能被插隊。
2、獨佔鎖只有一個執行緒可獲取，其他執行緒均被阻塞在佇列中；共享鎖可以有多個執行緒獲取。
3、獨佔鎖釋放僅喚醒一個阻塞節點，共享鎖可以根據可用數量，一次喚醒多個阻塞節點
ConditionObject
AQS中Node除了組成阻塞佇列外，還在ConditionObject中得到應用，ConditionObject的核心定義為：
public class ConditionObject implements Condition, java.io.Serializable {
...
private transient Node firstWaiter;
private transient Node lastWaiter;
...
}
ConditionObject通過Node也構成了一個FIFO的佇列，那麼ConditionObject為AQS提供了怎樣的功能呢？
public interface Condition {
...
void await() throws InterruptedException;
void signal();
void signalAll();
...
}
檢視Condition介面的定義，可以看到其定義的方法與Object類的wait/notify/notifyAll功能是一致的。
在Synchronized詳解中筆者曾對ObjectMonitor做過簡單介紹，其中ObjectMonitor包含_WaitSet和_EntryList兩個佇列，分別用於儲存wait呼叫和sychronized鎖競爭時掛起的執行緒，而AQS通過ConditionObject同樣也提供了wait/notify機制的阻塞佇列。
Condihttps://blog.csdn.net/anlian523/article/details/106319294/tionObject機制如上圖，在條件佇列中，Node採用nextWaiter組成單向連結串列，當持有鎖的執行緒發起condition.await呼叫後，會包裝為Node掛載到Condition條件阻塞佇列中；當對應condition.signal被觸發後，條件阻塞佇列中的節點將被喚醒並掛載到鎖阻塞佇列中。ConditionObject的佇列邏輯與前述的acquire/release大同小異，不再贅述。