JUC 系列：AQS --＞学习 Doug Lea 大神思想

Posted 2023-02-04 offerNotFound

AQS：全称是AbstractQueuedSynchronizer，一个并发同步管理框架类，是 JUC 的灵魂抽象类。如果要自己去实现一个同步管理框架呢？

个人学习寒食君大佬的解析后觉得可以分为三点：

1. 通用性，下层实现透明的同步机制，同时给上层提供业务代码编写的功能
2. 利用 CAS 操作，原子的修改共享标志位（由这个标志位来判断共享资源是否空闲）
3. 等待队列（埋伏笔：情况①：当共享资源被占用时，直接返回结果、情况②：当共享资源被占用时，让后续的线程进入到等待队列中等待）

与 AQS 的结构有着异曲同工之妙，下面就记录下 AQS 的要素吧（本文只写了独占式的过程，共享式也大差不差）。

AQS 的成员变量属性

这里的state（注意使用了 volatitle关键字修饰）为什么不是布尔类型而是整数类型呢？因为这就牵扯到了 AQS 的两种模式 --> 共享模式、独占模式

• 独占模式：当共享资源被一个线程占用时，其他线程无法占用
• 共享模式：当共享资源被一个线程占用时，其他共享模式下的线程能占用

state为了表示占有资源的线程数量，所以采用的是整数类型。

队列里的节点有两种模式，就是独有和共享：

再来看一下节点 Node 的成员变量：

waitStaus用来判断线程是否需要挂起（后文有写）。

AQS 的重点就是如何利用标志位state和这个 FIFO 等待队列来管理多线程的同步状态，AQS 也把这些操作封装成了一些方法tryAcquire、acquire（对应着前文的伏笔，tryAcquire：尝试获取锁，直接返回结果，acquire：获取锁，进入等待队列，直至获取成功）。

AQS 的核心方法

tryAcquire

该方法被 protected 修改，传入的参数是一个整数，返回一个布尔类型，但方法中只抛出了一个异常。这样做的目的是：让继承的子类必须去重写这个方法，否则就抛出不支持该操作的异常，这种设计就是给了上层调用者开发的空间。

在上层调用了tryAcquire方法获取到锁后，就去做自己的业务，做完后释放资源；如果获取失败，开发者的这个功能必须要操作这个共享资源呢，那就去调用acquire方法进入到等待队列。

acquire

该方法由 public final修饰，表明所有的继承类都可以直接调用这个方法，而且不允许子类去把这个方法重写（很显然，这就是告诉你，调用这个方法是一定能得到锁的）

在 if 判断语句里，你tryAcquire获取锁失败再去判断&&之后的条件，如果是获取到了锁那就直接结束。接下来看第二个判断条件：acquireQueued(addWaiter())，方法嵌套。

addWaiter

这个方法的作用就是将当前线程封装成一个 node，然后加入等待队列中。源码步骤：

1. 创建一个线程节点
2. 将该节点放到队尾，如果当前尾节点为空或第一次尝试 CAS 操作失败，则进入完整的入队方法enq
3. enq方法中采用 CAS + 自旋的操作保证插入成功

疑问：为什么不直接在addWaiter方法中完整入队呢？其实注释中就已经告诉了，先尝试快速入队，不行再完整的入队。

acquireQueued

该方法是对线程进行挂起和响应，以此来实现队列的先进先出。

这两个方法就是当线程使用完共享资源后释放锁的方法。

所以流程总结就是：

如果当前节点是头节点的下一个，那么将会自旋是不断尝试拿锁，直到拿锁成功；否则进行判断是否需要挂起（判断条件：该节点前除了head节点，还有其它节点的，并且waitStaus为 SIGANL，那么该节点就需要挂起），这样就能保证 head 之后只有一个节点在通过 CAS 来获取锁，就能最大限度的避免无用的自旋来消耗 CPU 资源。

在该节点使用完共享资源后（节点使用完锁后会采用setHead()方法，变成新的头节点，起一个占位作用），需要释放锁，将自己的waitStaus置为默认值0，然后程序将会从队列的尾节点向前进行搜索（为什么不从头向后找？因为在setHead()方法中，已经和队列切断联系了），找到 head 节点后的最近且waitStaus <= 0的一个节点并唤醒它去争抢这个锁（因为在前面它是被挂起了的）。这样回到了最开始的地方，形成了一个良好的闭环。