深度解析：AQS原理

旧城等待， 2023-02-19 12:21 16阅读 0赞

### 深度解析：AQS原理 ###

*   *  1.AQS简介
     *  2.实现原理
     *   *  2.2Node
     *  3.实现源码
     *   *  3.1获取锁
         *  3.2释放锁
     *  4.独占锁和共享锁的区别
     *  5.总结

## 1.AQS简介 ##

AQS是一个抽象类AbstractQueuedSynchronizer（抽象队列同步器）。它是基于`等待队列`用来实现同步锁(ReentrantLock,Semaphore，CountdownLatch，CyclicBarrier，Exchanger等等)核心组件的基础框架，它本身没有实现任何的同步接口，只是定义了`获取以及释放同步状态的方法`来提供自定义的同步组件。

## 2.实现原理 ##

AQS中定义了一个使用volatile修饰state变量，用来`标志同步状态`，并保证线程之间的可见性。还定义了一个`同步队列`（使用Node的双向链表来实现）来保存竞争锁失败后的线程信息。

首先看下state变量：

private volatile int state;

当线程cas修改state的值成功后，设置加锁线程为当前线程，如果失败，则把失败的线程信息加入到同步队列。

### 2.2Node ###

Node是AQS中的一个内部类：AQS使用Node保存竞争锁失败的线程信息。  
Node结构如下：

static final class Node { 
            volatile int waitStatus;//线程节点状态
            volatile Node prev;
            volatile Node next;
            volatile Thread thread;
            Node nextWaiter;//锁模式的标志
            Node(Thread thread, Node mode) {      // Used by addWaiter
                this.nextWaiter = mode;
                this.thread = thread;
            }
            Node(Thread thread, int waitStatus) {  // Used by Condition
                this.waitStatus = waitStatus;
                this.thread = thread;
            }
        }

首先说明一下Node通过Node.mode节点定义了两种资源共享的方式，独占模式和共享方式。

/** 表示这个节点是在共享模式下 */
    		static final Node SHARED = new Node();
    		/** 表示该节点是独占模式 */
    		static final Node EXCLUSIVE = null;
    		//通过nextWaiter 判断锁模式
    		final boolean isShared() { 
                return nextWaiter == SHARED;
            }

其中waitStatus代表每个线程的状态，它有如下值：

/** 线程已经被取消 */
    		static final int CANCELLED =  1;
    		/** 线程需要去被唤醒:获取同步状态失败，就挂起线程 */
    		static final int SIGNAL    = -1;
    		/** 表示当前节点在condition队列*/
    		static final int CONDITION = -2;
    		/* 线程的共享锁应该被无条件向下传播*/
    		static final int PROPAGATE = -3;
    		//0：无状态，表示当前节点在队列中等待获取锁

**值得说一下的是**，如果刚开始看并发相关的源码，很容易看着看着，就把state与Node节点的waitStatus搞混了，所以首次看注意下他们的区别。

## 3.实现源码 ##

### 3.1获取锁 ###

//独占锁模式下获取锁
    	public final void acquire(int arg) { 
            if (!tryAcquire(arg) &&
                acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
                selfInterrupt();
        }
       //共享模式下获取锁
      public final void acquireShared(int arg) { 
            if (tryAcquireShared(arg) < 0)
                doAcquireShared(arg);
       }
       //其实共享模式下更多的还是使用此方法获取锁
       public final void acquireSharedInterruptibly(int arg)
                throws InterruptedException { 
            if (Thread.interrupted())
                throw new InterruptedException();
            if (tryAcquireShared(arg) < 0)
                doAcquireSharedInterruptibly(arg);
        }

AQS在不同锁模式下使用不同的方法来获取锁，比如独占锁中ReentrantLock.lock();是使用的acquire()方法实现，共享锁中的CountDownLatch.countDown()方法就是使用的acquireSharedInterruptibly()方法实现的。  
其中tryAcquire(arg)、tryAcquireShared(arg)分别是独占模式下和共享模式下获取锁的方法，都由子类实现具体的获取锁逻辑。

### 3.2释放锁 ###

//独占模式下的释放锁过程
     public final boolean release(int arg) { 
            if (tryRelease(arg)) { 
                Node h = head;
                if (h != null && h.waitStatus != 0)
                    unparkSuccessor(h);
                return true;
            }
            return false;
     }
    //共享模式下的释放锁过程
    public final boolean releaseShared(int arg) { 
            if (tryReleaseShared(arg)) { 
                doReleaseShared();
                return true;
            }
            return false;
    }

AQS在不同锁模式下使用不同的方法来释放锁，比如独占锁中ReentrantLock.unlock();是使用的release()方法实现，共享锁中的CountDownLatch.countDown()方法就是使用的releaseShared()方法实现。  
其中tryRelease(arg)、tryReleaseShared(arg)分别是独占模式下和共享模式下释放锁的方法，都由子类实现具体的释放锁的逻辑。

## 4.独占锁和共享锁的区别 ##

其实这里说锁的概念，在独占模式中还能理解，但是在共享模式中调用countDown()方法再说获取锁就能难理解。所以我感觉这里说`state是一个许可`更为容易理解。在`独占模式下有线程获取到许可的过程就是state值从0=>1的过程，只有获取到许可的线程进行,重入的操作state值会从1=>2,在共享模式下当调用countDown()方法时，就是一个线程获取到一个许可，state的值-1，只有当许可消耗完，也就是state=0时才会恢复队列中挂起的线程。`

## 5.总结 ##

从上面AQS获取锁和释放锁的源码中可以看到，在获取锁和释放锁的过程中，具体`对锁的获取和释放都是由其具体的子类来实现的`。这也是AQS的精髓之处。

下面我会写两篇博客来分析ReentrantLock和CountDownLath的源码，具体分析AQS在独占和共享模式下的具体实现。

[**ReentrantLock源码解析**][ReentrantLock]  
[**CountDownLatch源码解析**][CountDownLatch]

[ReentrantLock]: https://blog.csdn.net/jiang18238032891/article/details/108243656
[CountDownLatch]: https://blog.csdn.net/jiang18238032891/article/details/108237265