30_AQS

【参考文章】

https://www.jianshu.com/p/df0d7d6571de

http://ifeve.com/introduce-abstractqueuedsynchronizer/

【 AbstractQueuedSynchronizer概述 】

AbstractQueuedSynchronizer，队列同步器，简称AQS，基于FIFO，是Java并发用来构建锁或者其他同步组件的基础框架。

一般使用AQS的主要方式是继承，子类通过实现它提供的抽象方法来管理同步状态（同步器用了一个int值来表示状态），主要管理的方式是通过tryAcquire()和tryRelease()类似的方法来操作状态，同时AQS提供以下线程安全的方式来对状态进行操作：

protected final int getState();
protected final void setState(int newState);
protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update);

【AQS主要是怎么使用的呢？】
在Java的同步组件中，AQS的子类一般是同步组件的静态内部类。

【AQS和同步组件的关系】

AQS是实现同步组件的关键，它两的关系：

同步组件是面向使用者的，它定义了使用者与组件交互的接口，隐藏了具体的实现细节。

AQS面向的是同步组件的实现类，它简化了具体的实现方式，屏蔽了线程切换相关的底层操作。

它俩一起很好地对使用者和是实现者锁关注的领域做了一个隔离。

【AQS实现分析】

【同步队列分析】

AQS的实现以来内部的同步队列（FIFO双向队列）来完成同步状态的管理，如果当前线程获取同步状态（锁）失败，AQS会将该线程以及等待状态能信息构造成一个Node，如下：

Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);

并将其加入同步队列，同时阻塞当前线程。当同步状态释放时候，唤醒队列的首节点。

【Node】

Node主要包含以下成员变量

static final class Node {
    volatile int waitStatus;
    volatile Node prev;
    volatile Node next;
    volatile Thread thread;
    Node nextWaiter;
}

[ Node成员变量—— waitStatus ]

Node是AbstractQueuedSynchronizer中的一个静态内部类。

表示节点的状态

CANCELLED： 1，当前线程被取消
SIGNAL：   -1，当前节点的后继节点包含的线程需要运行，即unpark
CONDITION，-2，当前节点在等待condition，即在condition队列中
PROPAGETE：-3，当前场景下后续的acquireShared能够可以执行
：当前节点在sync队列中，等待着获取锁

[ Node成员变量 —— prev ]

前驱节点，如果当前节点被取消，那就需要前驱节点和后继节点完成连接。

[ Node成员变量 —— next ]

后继节点。

[ Node成员变量 —— thread ]

入队时的当前线程。

[ Node成员变量 —— nextWaiter ]

存储condition队列中的后继节点。

Node节点成为sync队列和condition队列构建的基础。在AQS中就拥有了三个成员变量。

【 AQS成员变量 】

对于锁的获取，请求形成节点，将其挂载在尾部，而锁资源的转移（释放再获取）是从头部开始遍历向尾部进行的。

[ AQS 插入节点 ]

节点插入，AQS提供基于CAS的设置尾部节点的方法，如下：

参数：需要传递当前线程认为的尾节点和当前节点，设置成功后，当前节点和尾节点建立关系。

[ AQS 删除节点 ]

同步队列遵循FIFO，首节点是获取同步状态成功的节点，首节点的线程在释放同步状态之后将会唤醒其后继节点，后继节点将会获取同步状态成功的时候将自己设置为首节点。

注意：设置首节点是由获取同步状态成功的线程来完成，因为每次只有一个线程能获取到同步状态，所以，设置首节点并不需要CAS来保证。

【AQS的API说明】

方法名称	描述
protected boolean tryAcquire(int arg)	排它地获取这个状态。这个方法的实现需要查询当前的同步状态是否允许获取，然后再进行获取（使用compareAndSetState来做）状态。
protected boolean tryRelease(int arg)	释放状态。
protected int tryAcquireShared(int arg)	共享的模式下获取同步状态。
protected boolean tryReleaseShared(int arg)	共享的模式下释放同步状态。
protected boolean isHeldExclusively()	在排它模式下，同步状态是否被占用。

【 AQS源码分析——acquire( int arg )方法 】

[执行流程]

1.调用tryAcquire(arg)方法尝试获取同步状态（锁）。

2.如果获取不到同步状态，将当前线程构造成Node节点并加入同步队列。

3.再次尝试获取，如果还是没有获取到，那么将当前线程从调度器上摘下，进入等待状态。

[ acquire( int arg )-->addWaiter(Node node) 方法]

1.使用当前的Thread构造Node。

2.尝试在队尾插入节点，如果节点已经存在，就做以下操作：

- 分配引用T指向尾节点；
- 将待插入节点的prev指针指向尾节点；
- 如果尾节点还为T，将当前尾节点设置为带待插入节点；
- T的next指针指向待插入节点。

3.快速在队尾插入节点，失败则进入enq(Node node)方法。

[ acquire( int arg ) --> addWaiter(Node node) --> enq(Node node) 方法]

enq(Node node)的逻辑可以确保Node可以有顺序地添加到同步队列中，具体的加入逻辑如下：

1.初始化同步队列，如果尾节点为空，分配一个头结点，并将尾节点指向头结点。

2.节点入队，通过CAS将节点设置为尾节点，以此在队尾做节点插入。

可以看出，整个enq(Node node)方法通过“死循环”来保证节点的正确插入。

进入同步队列之后，接下来就是同步状态的获取，或者说是访问控制acquireQueued。对于同步队列中的线程，在同一时刻只能由队列首节点获取同步状态，其他的线程进入等待，只到符合条件才能继续进行。

[ acquire( int arg )--> acquireQueued(Node node , int arg)方法 ]

1.获取当前节点的前驱节点

2.如果当前节点的前驱节点是头节点，并且可以获取同步状态（锁），设置当前节点为头结点，该节点占有锁。

3.不满足条件的线程进入等待状态。

整个方法中，当前线程一直在“死循环”中获取同步状态。

节点自旋获取同步状态，如下图：

从代码的逻辑也可以看出，其实节点与节点之间在循环检查的过程中，是不会相互通信的，仅仅只是判断自己当前的前驱节点是不是头结点，这样的设计使得节点的释放符合FIFO，同时也避免了过早通知。

注意：过早通知是指 前驱节点不是头结点的线程由于终端而被唤醒。

[ acquiure()实现总结 ]

1.同步状态维护

对同步状态的操作是原子、非阻塞的，通过AQS提供的对状态访问的方法来对同步状态进行操作，并且利用CAS来确保原子操作。

2.状态获取

一旦线程成功地修改了同步状态，那么该线程会被设置为同步队列的头结点。

3.同步队列维护

不符合同步状态的线程会进入等待状态，直到符合条件被唤醒再开始执行。