Java并发之AQS原理解读（一）

前言

本文简要介绍AQS以及其中两个重要概念：state和Node。

AQS

抽象队列同步器AQS是java.util.concurrent.locks包下比较核心的类之一，包括AbstractQueuedSynchronizer和AbstractQueuedLongSynchronizer两个类，两者分别采用int和long来定义同步状态state。

AQS是Java中一些常用锁容器的父类，提供了一套模板方法供子类自定义实现，主要职责在于：

• 同步状态state的维护
• 等待队列Node维护阻塞线程

同步状态state

state表示同步状态，不同子类使用它来表示不同含义，举例而言：

• ReentranLock使用state表示持有锁的线程重入次数。当state大于0时，说明锁已被占用，则当前线程添加到等待队列
• CountDownLatch使用state表示门栓计数。当计数大于0时，线程添加到等待队列；当线程等于0时，唤醒队列中线程
• Semaphore使用state表示可用的信号量。当state等于0时，表示没有可用的信号量，线程添加到等待队列；线程执行完后，释放信号量，即state+1

通过三个不可重写方法操作state，子类可使用这三个方法：

// volatile 保证线程可见
private volatile int state;

protected final int getState() {
	return state;
}

// 用于初始化场景
protected final void setState(int newState) {
	state = newState;
}

// 用于并发修改
protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
	// unsafe#cas to update state
	return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
}

等待队列Node

AQS通过内置的FIFO队列来存储阻塞线程，队列本质是一个双向链表，初始时head和tail都为null，当获取锁失败线程入队时才初始化辅助头节点（懒加载），将head和tail都指向它，辅助头节点不存储线程，节点入队通过CAS（Unsafe实现，1.9开始varHandle取代了Unsafe）保证线程安全。

队列结构图：

抢占和共享模式

通过state和Node，AQS支持了独占和共享两种获取锁模式，子类只需要重写相关的方法就可以实现以独占或共享的方式获取锁。

// 尝试以独占模式获取操作，需要子类实现允许以独占模式获取它
protected boolean tryAcquire(int arg) {
	throw new UnsupportedOperationException();
}
// 尝试以独占的方式释放
protected boolean tryRelease(int arg) {
	throw new UnsupportedOperationException();
}

// 尝试以共享的方式获取操作
protected int tryAcquireShared(int arg) {
	throw new UnsupportedOperationException();
}
// 尝试以共享的方式释放
protected boolean tryReleaseShared(int arg) {
	throw new UnsupportedOperationException();
}

// 判断调用线程是否是独占锁的持有者
protected boolean isHeldExclusively() {
	throw new UnsupportedOperationException();
}

子类不需要实现上面所有方法，实现独占或者共享配套的方法即可。独占锁和共享锁举例如下：

独占锁：

• ReentranLock
• ReentranWriteReadLock.WriteLock

共享锁：

• CountDownLatch
• CyclicBarrier
• Semaphore
• ReentranWriteReadLock.ReadLock

独占锁和共享锁如何实现的呢？请看 Java并发之AQS原理解读（二）