一、什么是AQS
AQS，在java.util.concurrent.locks包中，AbstractQueuedSynchronizer这个类是并发包中的核心，了解其他类之前，需要先弄清楚AQS。
AQS就是一个同步器，要做的事情就相当于一个锁，所以就会有两个动作：一个是获取，一个是释放。获取释放的时候该有一个东西来记住他是被用还是没被用，这个东西就是一个状态。如果锁被获取了，也就是被用了，还有很多其他的要来获取锁，总不能给全部拒绝了，这时候就需要他们排队，这里就需要一个队列。
AQS的核心思想是：通过一个volatile修饰的int属性state代表同步状态，例如0是无锁状态，1是上锁状态。多线程竞争资源时，通过CAS的方式来修改state，例如从0修改为1，修改成功的线程即为资源竞争成功的线程，将其设为exclusiveOwnerThread，也称【工作线程】，资源竞争失败的线程会被放入一个FIFO的队列中并挂起休眠，当exclusiveOwnerThread线程释放资源后，会从队列中唤醒线程继续工作，循环往复。
二、AQS架构
1、基础架构图
架构还是比较简单的，除了实现Serializable接口外，就只继承了AbstractOwnableSynchronizer父类。AbstractOwnableSynchronizer父类中维护了一个exclusiveOwnerThread属性，是用来记录当前同步器资源的独占线程的，没有其他东西。
2、AQS的CLH锁队列
CLH其实就是一个FIFO的队列，只不过稍微做了点改进，AQS有一个内部类Node，AQS会将竞争锁失败的线程封装成一个Node节点，然后由这些NODE组成了一个链表队列
/**
+------+ prev +-----+ +-----+
head | | <---- | | <---- | | tail
+------+ +-----+ +-----+
/**
static final class Node {
//作为共享模式
static final Node SHARED = new Node();
//作为独占模式
static final Node EXCLUSIVE = null;
//等待状态：表示节点中线程是已被取消的
static final int CANCELLED = 1;
//等待状态：表示当前节点的后继节点的线程需要被唤醒
static final int SIGNAL = -1;
//等待状态：表示线程正在等待条件
static final int CONDITION = -2;
//等待状态：表示下一个共享模式的节点应该无条件的传播下去
static final int PROPAGATE = -3;
//等待状态，初始化为0，剩下的状态就是上面列出的
volatile int waitStatus;
//当前节点的前驱节点
volatile Node prev;
//后继节点
volatile Node next;
//当前节点的线程
volatile Thread thread;
//
Node nextWaiter;
//是否是共享节点
final boolean isShared() {
return nextWaiter == SHARED;
}
//当前节点的前驱节点
final Node predecessor() throws NullPointerException {
Node p = prev;
if (p == null)
throw new NullPointerException();
else
return p;
}
Node() { // Used to establish initial head or SHARED marker
}
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;
}
}waitStatus是以0为临界值的，大于0代表节点无效，例如AQS在唤醒队列中的节点时，waitStatus大于0的节点会被跳过
AQS内部还维护了int类型的state变量，代表同步器的状态。例如，在ReentrantLock中，state就代表锁的重入次数，每lock一次，state就+1，每unlock一次，state就-1，当state等于0时，代表没有上锁。
AQS内部还维护了head和tail属性，用来指向FIFO队列中的头尾节点，被head指向的节点，总是工作线程。线程在获取到锁后，是不会出队的。只有当head释放锁，并将其后继节点唤醒并设为head后，才会出队。
3、共享锁和互斥锁
QS的CLH队列锁中，每个节点代表着一个需要获取锁的线程，该node中有两个常量SHARED共享模式，EXCLUSIVE独占模式。
/** Marker to indicate a node is waiting in shared mode */
static final Node SHARED = new Node();
/** Marker to indicate a node is waiting in exclusive mode */
static final Node EXCLUSIVE = null;共享模式允许多个线程可以获取同一个锁，独占模式则一个锁只能被一个线程持有，其他线程必须要等待。
三、源码
1、AQS源码
//阻塞队列的队列头
private transient volatile Node head;
//队列尾
private transient volatile Node tail;
//同步状态，这就是上面提到的需要原子操作的状态
private volatile int state;
//返回当前同步器的状态
protected final int getState() {
return state;
}
//设置同步器的状态
protected final void setState(int newState) {
state = newState;
}
//原子的设置当前同步器的状态
protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
}
//
static final long spinForTimeoutThreshold = 1000L;2、独占模式的获取
acquire，独占，忽略中断
//独占模式的获取方法，会忽略中断
//tryAcquire方法会被至少调用一次，由子类实现
//如果tryAcquire不能成功，当前线程就会进入队列排队
public final void acquire(int arg) {
//首先调用tryAcquire尝试获取
//获取不成功，就使用acquireQueued使线程进入等待队列
if (!tryAcquire(arg) &&
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();
}tryAcquire方法：
//由子类来实现
//尝试在独占模式下获取，会查询该对象的状态是否允许在独占模式下获取
protected boolean tryAcquire(int arg) {
throw new UnsupportedOperationException();
}使用指定的模式创建一个节点，添加到AQS链表队列中：
private Node addWaiter(Node mode) {
//当前线程，指定的mode，共享或者独占
Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
//先尝试使用直接添加进队列
Node pred = tail;
if (pred != null) {
node.prev = pred;
if (compareAndSetTail(pred, node)) {
pred.next = node;
return node;
}
}
//使用添加节点的方法
enq(node);
return node;
}向队列中插入节点：
//会插入节点到对列中
private Node enq(final Node node) {
for (;;) {
//尾节点
Node t = tail;
//需要实例化一个队列
if (t == null) { // Must initialize
//使用cas创建头节点
if (compareAndSetHead(new Node()))
tail = head;
} else {
node.prev = t;
if (compareAndSetTail(t, node)) {
t.next = node;
return t;
}
}
}
}tryAcquire没有获取到，就会先使用addWaiter添加进队列，然后使用acquireQueued从队列获取，如果这时候获取成功，则替换当前节点为队列头，然后返回：
//独占模式处理正在排队等待的线程。
//自旋，直至获取成功才返回
final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
//当前获取是否失败
boolean failed = true;
try {
//获取是否被中断
boolean interrupted = false;
for (;;) {
//获取当前节点的前驱节点
final Node p = node.predecessor();
//head节点要么是刚才初始化的节点
//要么就是成功获取锁的节点
//如果当前节点的前驱节点是head，当前节点就应该去尝试获取锁了
//当前节点的前驱节点是头节点，就尝试获取
if (p == head && tryAcquire(arg)) {
//获取成功的话，就把当前节点设置为头节点
setHead(node);
//之前的head节点的next引用设为null
p.next = null; // help GC
failed = false;
return interrupted;
}
//查看当前节点是否应该被park
//如果应该，就park当前线程
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
interrupted = true;
}
} finally {
//失败了，取消当前线程
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}设置头节点，只能被获取方法调用：
private void setHead(Node node) {
head = node;
node.thread = null;
node.prev = null;
}shouldParkAfterFailedAcquire方法，查看是否应该被park：
private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
//前驱节点中保存的等待状态
int ws = pred.waitStatus;
//等待状态是signal，也就是当前节点在等着被唤醒
//此时当前节点应该park
if (ws == Node.SIGNAL)
return true;
//等待状态大于0表示前驱节点已经取消
//会向前找到一个非取消状态的节点
if (ws > 0) {
do {
node.prev = pred = pred.prev;
} while (pred.waitStatus > 0);
pred.next = node;
} else {
//将前驱节点的waitStatus设置为signal，表示当前需要被park
compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);
}
return false;
}看下parkAndCheckInterrupt方法：
//挂起当前线程，并返回当前中断状态
private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
//挂起当前线程
LockSupport.park(this);
return Thread.interrupted();
}cancelAcquire取消当前节点：
private void cancelAcquire(Node node) {
//节点不存在
if (node == null)
return;
//节点的线程引用设为null
node.thread = null;
//前驱节点
Node pred = node.prev;
//大于0表示前驱节点被取消
while (pred.waitStatus > 0)
node.prev = pred = pred.prev;
//前驱节点的下一个是需要移除的节点
Node predNext = pred.next;
//设置节点状态为取消
node.waitStatus = Node.CANCELLED;
//如果是尾节点，直接取消，将前一个节点设置为尾节点
if (node == tail && compareAndSetTail(node, pred)) {
compareAndSetNext(pred, predNext, null);
} else {//不是尾节点，说明有后继节点，将前驱节点的next纸箱后继节点
int ws;
if (pred != head &&
((ws = pred.waitStatus) == Node.SIGNAL ||
(ws <= 0 && compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL))) &&
pred.thread != null) {
Node next = node.next;
if (next != null && next.waitStatus <= 0)
compareAndSetNext(pred, predNext, next);
} else {
unparkSuccessor(node);
}
node.next = node; // help GC
}
}acquireInterruptibly 独占，可中断
跟独占忽略中断类似，不再解释。
tryAcquireNanos，独占，可超时，可中断
跟上面类似，但是在doAcquireNanos中会获取当前时间，并获取LockSupport.parkNanos之后的时间在做超时时间的重新计算，到了超时时间，就返回false。
3、独占模式的释放
release，独占，忽略中断
public final boolean release(int arg) {
//尝试释放，修改状态
if (tryRelease(arg)) {
//成功释放
//head代表初始化的节点，或者是当前占有锁的节点
//需要unpark后继节点
Node h = head;
if (h != null && h.waitStatus != 0)
unparkSuccessor(h);
return true;
}
return false;
}unparkSuccessor：
private void unparkSuccessor(Node node) {
//头节点中保存的waitStatus
int ws = node.waitStatus;
//重置头节点状态为0
if (ws < 0)
compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);
//后继节点
Node s = node.next;
//后继节点为null或者已经取消
if (s == null || s.waitStatus > 0) {
s = null;
//从最后往前找有效的节点
for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)
if (t.waitStatus <= 0)
s = t;
}
//unpark
if (s != null)
LockSupport.unpark(s.thread);
}共享模式的获取
acquireShared，共享，忽略中断
acquireSharedInterruptibly，共享，可中断
tryAcquireSharedNanos，共享，可设置超时，可中断
共享模式的释放
releaseShared
共享模式的和独占模式基本差不多，和独占式的acquireQueued方法区别就是在获取成功的节点后会继续unpark后继节点，将共享状态向后传播。
LockSupport
用来创建锁和其他同步类的基本线程阻塞原语。每个使用LockSupport的线程都会与一个许可关联，如果该许可可用并且可在进程中使用，则调用park()将会立即返回，否则可能阻塞。如果许可不可用，可调用unpark使其可用。
许可不可重入，只能调用一次park()方法，否则会一直阻塞。
park()和unpark()作用分别是阻塞线程和解除阻塞线程，且park和unpark不会遇到suspend和resume可能引发的死锁问题。
park，如果许可可用，使用该许可，并且该调用立即返回；否则为线程调度禁用当前线程，并在发生以下三种情况之一之前，使其处于休眠状态：
* 其他某个线程将当前线程作为目标调用unpark
* 其他某个线程中断当前线程
* 该调用不合逻辑的返回
unpark，如果给定的线程尚不可用，则使其可用。如果线程在park上受阻塞，则它将解除其阻塞状态。否则，保证下一次调用park不受阻塞。如果给定线程尚未启动，则无法保证此操作有任何效果。
四、注意点
1.工作线程什么时候出队?
当FIFO队列中的一个节点竞争到资源时，它并不是就马上出队了，而是将head指向自己。节点释放锁后依然不会主动出队，而是等待下一个节点竞争锁成功后修改head的指向，将前任head踢出去。
2.AQS唤醒队列的规则是什么？
当head指向的节点成功释放资源后，首先会判断当前节点的waitStatus是否等于0，如果等于0就不会去唤醒后继节点了，这也就是为什么新的节点入队休眠的前提是必须将前驱节点的waitStatus改为SIGNAL(-1)的原因，如果不改，后继节点将不会被唤醒，就会导致死锁。
AQS首先会唤醒当前节点的直接后继节点next，如果next为null，有两种情况:
- 确实没有后继节点了，之前next指向的节点可能由于超时等原因退出竞争了。
- 存在后继节点，只是由于多线程的原因，后继节点还没来得及将当前节点的
next指向它。
第一种情况好办，后继节点为null，不唤醒就是了。
第二种情况就需要从tail向head寻找了，找到了有效节点再唤醒。
如果存在直接后继节点，但是节点的waitStatus大于0，AQS也是会选择跳过它的。前面已经说过，waitStatus大于0的节点代表无效节点，如CANCELLED(1)是已经取消竞争的节点。如果直接后继节点是无效节点的话，AQS会从tail开始向head遍历，直到找到有效节点，再将其唤醒。
总结：存在直接后继节点且节点有效，则优先唤醒后继节点。否则，从tail向head遍历，直到找到有效节点再唤醒。
3.唤醒节点为什么要从尾巴开始？
这是因为，新节点入队时，需要执行三个步骤：
- 当前节点的prev指向前任tail
- CAS将tail指向当前节点
- 前任tail的next指向当前节点
这三个操作AQS并没有做同步处理，如果在执行步骤2后CPU时间片到期了，此时的节点指向是这样的：
前驱节点的next还没有赋值，如果从头向尾找，就可能会存在漏唤醒的问题。
而prev的赋值先于tail的CAS操作之前执行，因此从尾向头找，就可以避免这个问题。
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