1. AQS引出

1.1 前置知识：

1. 线程创建的四种方式：Thread、Runnable、callable、线程池

2. LockSupport的使用：park()和unpark()方法

   LockSupport是一个工具类， 提供了基本的线程阻塞和唤醒功能，它是创建锁和其他同步组件的基础工具，内部是使用sun.misc.Unsafe类实现的。LockSupport和使用它的线程都会关联一个许可， park方法表示消耗一个许可， 调用park方法时， 如果许可可用则park方法返回，如果没有许可则一直阻塞直到许可可用。unpark方法表示增加一个许可，多次调用并不会积累许可，因为许可数最大值为1.

3. ReentrantLock的简单使用

4. 软件设计模式——模板设计模式

1.2 ReentrantLock的lock方法：

ReentrantLock -> Sync -> NonfairSync(非公平) -> acquire -> tryAcquire/addWaiter/acquireQueued/selfInterrupt

非公平锁：

    static final class NonfairSync extends Sync {
        private static final long serialVersionUID = 7316153563782823691L;

        /**
         * Performs lock.  Try immediate barge, backing up to normal
         * acquire on failure.
         */
        final void lock() {
            if (compareAndSetState(0, 1))
                setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
            else
                acquire(1);
        }

        protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
            return nonfairTryAcquire(acquires);
        }
    }
///
    public final void acquire(int arg) {
        if (!tryAcquire(arg) &&
            acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
            selfInterrupt();
    }
//

其中compareAndSetState()是AQS中的方法。

1.3 unlock方法

unlock -> release -> tryrelease

2. AQS简单理解

AQS是AbstractQueuedSynchronizer的简称，是构建锁和同步器的框架，是并发容器JUC（java.util.concurrent）下locks包内的一个类，AQS提供了一种实现阻塞锁和一系列依赖FIFO等待队列的同步器的框架；底层实现的数据结构是一个双向链表。

主要有两个重要的组成部分：1. state 2. Node

2.1 state变量

AQS使用一个int成员变量来表示同步状态；

以ReentrantLock为例，当state的值等于1时代表资源被加锁，等于0时代表不加锁，大于1代表被多次加锁，由此也看出ReentrantLock是可重入锁，在同把锁之中重复加锁不会造成死锁，重复加锁时只需要使可重入次数加一，即state++;

• private volatile int state;//共享变量，使用volatile修饰保证线程可见性

AQS中修改或获取state变量的三种方法；状态信息通过protected类型的getState，setState，compareAndSetState进行操作

//返回同步状态的当前值
protected final int getState() {
        return state;
}
 // 设置同步状态的值
protected final void setState(int newState) {
        state = newState;
}
//原子地（CAS操作）将同步状态值设置为给定值update如果当前同步状态的值等于expect（期望值）
protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
        return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
}

CAS

全称是Compare And Swap,是一种用于在多线程环境下实现同步功能的机制。CAS操作包含三个操作数:内存位置、预期数值和新值.CAS的实现逻辑是将内存位置处的数值与预期数值想比较，若相等，则将内存位置处的值替换为新值。若不相等，则不做任何操作.

2.2 Node节点

当state不等于0时，锁被占用，其余线程就在这个双向链表中等待获取锁，当state等于0时，链表中的线程竞争锁。

出队列、进队列加锁解锁过程

2.3 小结

AQS核心思想是，如果被请求的共享资源空闲，则将当前请求资源的线程设置为有效的工作线程，并且将共享资源设置为锁定状态。如果被请求的共享资源被占用，那么就需要一套线程阻塞等待以及被唤醒时锁分配的机制，这个机制AQS是用CLH队列锁实现的，即将暂时获取不到锁的线程加入到队列中。

CLH(Craig,Landin,and Hagersten)队列是一个虚拟的双向队列（虚拟的双向队列即不存在队列实例，仅存在结点之间的关联关系）。AQS是将每条请求共享资源的线程封装成一个CLH锁队列的一个结点（Node）来实现锁的分配。

AQS原理图：

• 使用一个volatile的int类型的state表示同步状态,通过内置的FIFO队列CLH完成资源获取的排队工作,将资源封装为Node,通过cas改变state值
• AQS同时提供了互斥模式（exclusive）和共享模式（shared）两种不同的同步逻辑。一般情况下，子类只需要根据需求实现其中一种模式，当然也有同时实现两种模式的同步类，如ReadWriteLock。

3. AQS 对资源的共享方式

3.1 AQS定义两种资源共享方式

• Exclusive（独占）：只有一个线程能执行，如ReentrantLock。又可分为公平锁和非公平锁：
• 公平锁：按照线程在队列中的排队顺序，先到者先拿到锁
• 非公平锁：当线程要获取锁时，无视队列顺序直接去抢锁，谁抢到就是谁的
• Share（共享）：多个线程可同时执行，如Semaphore/CountDownLatch。Semaphore、CountDownLatch、 CyclicBarrier、ReadWriteLock 我们都会在后面讲到。

ReentrantReadWriteLock 可以看成是组合式，因为ReentrantReadWriteLock也就是读写锁允许多个线程同时对某一资源进行读。

不同的自定义同步器争用共享资源的方式也不同。自定义同步器在实现时只需要实现共享资源 state 的获取与释放方式即可，至于具体线程等待队列的维护（如获取资源失败入队/唤醒出队等），AQS已经在顶层实现好了

继承：子类通过继承并通过实现它的方法管理其状态（acquire和release方法操纵状态）。

可以同时实现排它锁和共享锁模式（独占、共享），站在一个使用者的角度，AQS的功能主要分为两类：独占和共享。它的所有子类中，要么实现并使用了它的独占功能的api，要么使用了共享锁的功能，而不会同时使用两套api，即便是最有名的子类ReentrantReadWriteLock也是通过两个内部类读锁和写锁分别实现了两套api来实现的。

lock方法在默认情况下是一个独占的不可响应中断的锁

3.2 AQS底层使用了模板方法模式

同步器的设计是基于模板方法模式的，如果需要自定义同步器一般的方式是这样（模板方法模式很经典的一个应用）：

• 使用者继承AbstractQueuedSynchronizer并重写指定的方法。（这些重写方法很简单，无非是对于共享资源state的获取和释放）
• 将AQS组合在自定义同步组件的实现中，并调用其模板方法，而这些模板方法会调用使用者重写的方法。

这和我们以往通过实现接口的方式有很大区别，这是模板方法模式很经典的一个运用。

AQS使用了模板方法模式，自定义同步器时需要重写下面几个AQS提供的模板方法：

isHeldExclusively()//该线程是否正在独占资源。只有用到condition才需要去实现它。
tryAcquire(int)//独占方式。尝试获取资源，成功则返回true，失败则返回false。
tryRelease(int)//独占方式。尝试释放资源，成功则返回true，失败则返回false。
tryAcquireShared(int)//共享方式。尝试获取资源。负数表示失败；0表示成功，但没有剩余可用资源；正数表示成功，且有剩余资源。
tryReleaseShared(int)//共享方式。尝试释放资源，成功则返回true，失败则返回false。

默认情况下，每个方法都抛出 UnsupportedOperationException。这些方法的实现必须是内部线程安全的，并且通常应该简短而不是阻塞。AQS类中的其他方法都是final ，所以无法被其他类使用，只有这几个方法可以被其他类使用。

ReentrantLock

以ReentrantLock为例，state初始化为0，表示未锁定状态。A线程lock()时，会调用tryAcquire()独占该锁并将state+1。此后，其他线程再tryAcquire()时就会失败，直到A线程unlock()到state=0（即释放锁）为止，其它线程才有机会获取该锁。当然，释放锁之前，A线程自己是可以重复获取此锁的（state会累加），这就是可重入的概念。但要注意，获取多少次就要释放多么次，这样才能保证state是能回到零态的。

CountDownLatch

再以CountDownLatch以例，任务分为N个子线程去执行，state也初始化为N（注意N要与线程个数一致）。这N个子线程是并行执行的，每个子线程执行完后countDown()一次，state会CAS(Compare and Swap)减1。等到所有子线程都执行完后(即state=0)，会unpark()主调用线程，然后主调用线程就会从await()函数返回，继续后余动作。

3.3 小结

一般来说，自定义同步器要么是独占方法，要么是共享方式，他们也只需实现tryAcquire-tryRelease、tryAcquireShared-tryReleaseShared中的一种即可。但AQS也支持自定义同步器同时实现独占和共享两种方式，如ReentrantReadWriteLock。

4. AQS组件举例

Semaphore(信号量)、CountDownLatch （倒计时器）、CyclicBarrier(循环栅栏)