Java AbstractQueuedSynchronizer
AQS(AbstractQueuedSynchronizer)是一个基于FIFO等待队列实现锁的框架，用来实现诸如ReentrantLock、Semaphore等。
public abstract class AbstractQueuedSynchronizer
extends AbstractOwnableSynchronizer
implements Serializable
基本用法
AQS在类里面维护了一个原子int类型的状态值（这个值的具体含义由子类去定义）。要使用AQS，推荐的做法是在在一个私有的内部类中去实现AQS，然后需要通过AQS本身提供的几个方法：
getState()setState(int)compareAndSetState(int, int)
通过调用上述三个方法来维护同步状态，并实现这些方法：
tryAcquire(int)：尝试获取状态tryRelease(int)：尝试释放状态tryAcquireShared(int)tryReleaseShared(int)isHeldExclusively(): 判断当前线程是否持有排它锁
而其他的同步操作、队列管理等，在AQS中已经完成了。
样例：实现简单的锁
在AQS的文档中给了一个基本的用法:实现一个不可重入的锁。首先需要的就是实现内部的类：
class Mutex implements Lock, java.io.Serializable {
private static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
protected boolean isHeldExclusively() {
return getState() == 1;
}
public boolean tryAcquire(int acquires) {
assert acquires == 1; // Otherwise unused
if (compareAndSetState(0, 1)) {
setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
return true;
}
return false;
}
protected boolean tryRelease(int releases) {
assert releases == 1; // Otherwise unused
if (getState() == 0) throw new IllegalMonitorStateException();
setExclusiveOwnerThread(null);
setState(0);
return true;
}
}
// ...
}
然后，加锁、解锁等操作都可以通过这个内部类来完成了：
class Mutex implements Lock, java.io.Serializable {
// ...
private final Sync sync = new Sync();
// 这里通过获取或者释放状态1（1表示锁定）来实现加锁和解锁的操作
public void lock() { sync.acquire(1); }
public boolean tryLock() { return sync.tryAcquire(1); }
public void unlock() { sync.release(1); }
public Condition newCondition() { return sync.newCondition(); }
public boolean isLocked() { return sync.isHeldExclusively(); }
public boolean hasQueuedThreads() { return sync.hasQueuedThreads(); }
public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {
sync.acquireInterruptibly(1);
}
public boolean tryLock(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
return sync.tryAcquireNanos(1, unit.toNanos(timeout));
}
}
原理
AQS内部是使用的基于CLH队列的同步机制。
acquire获取状态
acquire意味着尝试通过获取某个状态从而获取到锁。acquire的过程如下：
- 首先尝试直接通过CAS的方式改变state，如果成功则直接获取到锁
- 如果上一步失败，那么表明其他线程获取到锁，则尝试将当前线程加入到队列末尾进行排队（同样加入到队列末尾也是通过CAS实现）
- 加入到队列后，中断当前线程（但具体线程如何处理中断要看线程自己了）
public final void acquire(int arg) {
if (!tryAcquire(arg) && acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();
}
private Node addWaiter(Node mode) {
Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
Node pred = tail;
// 如果发现队列不为空，那么尝试一次性快速插入到尾部（如果失败的话则通过enq方法插入）
// 在没有线程竞争的情况下，会比enq稍微快一点，enq里面还要处理队列为空的情况
if (pred != null) {
node.prev = pred;
if (compareAndSetTail(pred, node)) {
// 通过CAS设置tail成功，这时候tail已经是当前node，再把之前的tail（pred）连接到自己
pred.next = node;
return node;
}
}
// enq的逻辑基本上与上面一样，区别在于1. 处理队列为空的情况，要插入到队列头部；2.CAS失败后会重试直到成功
enq(node);
return node;
}
private Node enq(final Node node) {
for (;;) {
Node t = tail;
if (t == null) {
// 如果发现队列为空那么首先把head和tail都设置为空节点
if (compareAndSetHead(new Node()))
tail = head;
} else {
node.prev = t;
if (compareAndSetTail(t, node)) {
t.next = node;
return t;
}
}
}
}
release操作
当释放锁的时候，会唤醒一个后继节点，这个节点通常是后一个节点（如果后一个节点cancel了则要从队列尾部遍历直到找到真正的后继节点）。
public final boolean release(int arg) {
if (tryRelease(arg)) {
Node h = head;
if (h != null && h.waitStatus != 0)
unparkSuccessor(h);
return true;
}
return false;
}