一、概述

　　谈到并发，不得不谈ReentrantLock；而谈到ReentrantLock，不得不谈AbstractQueuedSynchronized（AQS）！

　　类如其名，抽象的队列式的同步器，AQS定义了一套多线程访问共享资源的同步器框架，许多同步器实现都继承于它，如常用的ReentrantLock/Semaphore/CountDownLatch...。

二、框架

　　它维护了一个volatile int state（代表共享资源）和一个FIFO线程等待队列（多线程争用资源被阻塞时会进入此队列）。这里volatile是核心关键词，具体volatile的语义，在此不述。state的访问方式有三种:

• getState()
• setState()
• compareAndSetState()

　　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）和Share（共享，多个线程可同时执行，如Semaphore/CountDownLatch）。

　　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。自定义同步器实现时主要实现以下几种方法：

• 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。

　　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。

　　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。

　　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ReadWriteLock。这些线程会放在一个FIFO队列里，只不过会在每个结点上做标记以便区分。

三、源码详解

3.1 acquire(int)

　　此方法是独占模式下线程获取共享资源的顶层入口。如果获取到资源，线程直接返回，否则进入等待队列，直到获取到资源为止。这也正是lock()的语义，当然不仅仅只限于lock()。当然，获取到资源后，线程就可以去执行其临界区代码了。

　　需要注意的是，整个过程忽略中断。下面是acquire()的源码：

1 public final void acquire(int arg) {2   if (!tryAcquire(arg) &&3     acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))4     selfInterrupt();5 }

函数流程如下：

1. tryAcquire()尝试直接去获取资源，如果成功则直接返回；
2. addWaiter()将该线程加入等待队列的尾部，并标记为独占模式；
3. acquireQueued()使线程在等待队列中获取资源。获取到资源后才返回。如果在整个等待过程中被中断过，则返回true，否则返回false。
4. 如果线程在等待过程中被中断过，这时再进行自我中断，将中断补上。

如果这时看流程还有点朦胧，不要紧，看完接下来的分析后，你就会明白了。就像《大话西游》里唐僧说的：当你明白舍生取义的道理后，你自然会跟我一起来唱这首歌。

3.1.1 tryAcquire()

　　此方法尝试去获取独占资源。如果获取成功，则直接返回true，否则直接返回false。这也正是tryLock()的语义，还是那句话，当然不仅仅只限于tryLock()。如下是tryAcquire()的源码：

1   protected boolean tryAcquire(int arg) {2     throw new UnsupportedOperationException();3   }

　　什么？直接throw异常？说好的功能呢？好吧，还记得概述里讲的AQS只是一个框架，具体资源的获取/释放方式交由自定义同步器去实现吗？就是这里了！！！AQS这里只定义了一个接口，具体资源的获取交由自定义同步器去实现了！！！至于能不能重入，能不能加塞，那就看具体的自定义同步器怎么去设计了！！！

3.1.2 addWaiter()

　　此方法用于将当前线程加入到等待队列里，并返回当前线程所在的结点。还是上源码吧：

 1 private Node addWaiter(Node mode) { 2   //以给定模式构造结点。mode有两种：EXCLUSIVE（独占）和SHARED（共享） 3   Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode); 4    5   //尝试快速方式直接放到队尾。 6   Node pred = tail; 7   if (pred != null) { 8     node.prev = pred; 9     if (compareAndSetTail(pred, node)) {10       pred.next = node;11       return node;12     }13   }14   15   //上一步失败则通过enq入队。16   enq(node);17   return node;18 }

不用再说了，直接看注释吧。

3.1.2.1 enq(Node)

 　　此方法用于将node加入队尾。源码如下：

 1 private Node enq(final Node node) { 2   //CAS"自旋"，直到成功加入队尾 3   for (;;) { 4     Node t = tail; 5     if (t == null) { // 队列为空，创建一个空的标志结点作为head结点，并将tail也指向它。 6       if (compareAndSetHead(new Node())) 7         tail = head; 8     } else {//正常流程，放入队尾 9       node.prev = t;10       if (compareAndSetTail(t, node)) {11         t.next = node;12         return t;13       }14     }15   }16 }

如果你看过AtomicInteger.getAndSet()函数源码，那么相信你一眼便看出是这段代码的精华。CAS自旋volatile变量，是一种很经典的用法。还不太了解的，自己去百度一下吧。

3.1.3 acquireQueued(Node, arg)

　　OK，通过tryAcquire()和addWaiter()，该线程获取资源失败，已经被放入等待队列尾部了。聪明的你立刻应该能想到该线程下一部该干什么了吧：进入等待状态休息，直到其他线程彻底释放资源后唤醒自己，自己再拿到资源，然后就可以去干自己想干的事了。没错，就是这样！是不是跟医院排除拿号有点相似~~acquireQueued()就是干这件事：在等待队列中排队拿号（中间没其它事干可以休息），直到拿到号后再返回。这个函数非常关键，还是上源码吧：

 1 final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) { 2   boolean failed = true;//标记是否成功拿到资源 3   try { 4     boolean interrupted = false;//标记等待过程中是否被中断过 5      6     //又是一个“自旋”！ 7     for (;;) { 8       final Node p = node.predecessor();//拿到前驱 9       //如果前驱是head，即该结点已到队头，那么便有资格去尝试获取资源。10       if (p == head && tryAcquire(arg)) {11         setHead(node);//拿到资源后，将head指向该结点12         p.next = null; // setHead中node.prev已置为null，此处再将head.next置为null，就是为了方便GC回收以前的head结点。也就意味着之前拿完资源的结点出队了！13         failed = false;14         return interrupted;//返回等待过程中是否被中断过15       }16       17       //如果自己可以休息了，就进入waiting状态，直到被unpark()18       if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&19         parkAndCheckInterrupt())20         interrupted = true;//如果等待过程中被中断过，哪怕只有那么一次，就将interrupted标记为true21     }22   } finally {23     if (failed)24       cancelAcquire(node);25   }26 }

到这里了，我们先不急着总结acquireQueued()的函数流程，先看看shouldParkAfterFailedAcquire()和parkAndCheckInterrupt()具体干些什么。

3.1.3.1 shouldParkAfterFailedAcquire(Node, Node)

　　此方法主要用于检查状态，看看自己是否真的可以去休息了（进入waiting状态，如果线程状态转换不熟，可以参考本人写的Thread详解），万一队列前边的人都放弃了只是瞎站着，那也说不定，对吧！

 1 private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) { 2   int ws = pred.waitStatus;//拿到前驱的状态 3   if (ws == Node.SIGNAL) 4     //如果已经告诉前驱拿完号后通知自己一下，那就可以安心休息了 5     return true; 6   if (ws > 0) { 7     /* 8      * 如果前驱放弃了，那就一直往前找，直到找到最近一个正常等待的状态，并排在它的后边。 9      * 注意：那些放弃的结点，由于被自己“加塞”到它们前边，它们相当于形成一个无引用链，稍后就会被保安大叔赶走了(GC回收)！10     */11     do {12       node.prev = pred = pred.prev;13     } while (pred.waitStatus > 0);14     pred.next = node;15   } else {16     //如果前驱正常，那就把前驱的状态设置成SIGNAL，告诉它拿完号后通知自己一下。有可能失败，人家说不定刚刚释放完呢！17     compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);18   }19   return false;20 }

整个流程中，如果前驱结点的状态不是SIGNAL，那么自己就不能安心去休息，需要去找个安心的休息点，同时可以再尝试下看有没有机会轮到自己拿号。

3.1.3.2 parkAndCheckInterrupt()

　　如果线程找好安全休息点后，那就可以安心去休息了。此方法就是让线程去休息，真正进入等待状态。

1 private final boolean parkAndCheckInterrupt() {2   LockSupport.park(this);//调用park()使线程进入waiting状态3   return Thread.interrupted();//如果被唤醒，查看自己是不是被中断的。4 }

 　　park()会让当前线程进入waiting状态。在此状态下，有两种途径可以唤醒该线程：1）被unpark()；2）被interrupt()。（再说一句，如果线程状态转换不熟，可以参考本人写的Thread详解）。需要注意的是，Thread.interrupted()会清除当前线程的中断标记位。

　　OK，看了shouldParkAfterFailedAcquire()和parkAndCheckInterrupt()，现在让我们再回到acquireQueued()，总结下该函数的具体流程：

1. 结点进入队尾后，检查状态，找到安全休息点；
2. 调用park()进入waiting状态，等待unpark()或interrupt()唤醒自己；
3. 被唤醒后，看自己是不是有资格能拿到号。如果拿到，head指向当前结点，并返回从入队到拿到号的整个过程中是否被中断过；如果没拿到，继续流程1。

　　OKOK，acquireQueued()分析完之后，我们接下来再回到acquire()！再贴上它的源码吧：

1 public final void acquire(int arg) {2   if (!tryAcquire(arg) &&3     acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))4     selfInterrupt();5 }

再来总结下它的流程吧：

1. 调用自定义同步器的tryAcquire()尝试直接去获取资源，如果成功则直接返回；
2. 没成功，则addWaiter()将该线程加入等待队列的尾部，并标记为独占模式；
3. acquireQueued()使线程在等待队列中休息，有机会时（轮到自己，会被unpark()）会去尝试获取资源。获取到资源后才返回。如果在整个等待过程中被中断过，则返回true，否则返回false。
4. 如果线程在等待过程中被中断过，它是不响应的。只是获取资源后才再进行自我中断selfInterrupt()，将中断补上。

由于此函数是重中之重，我再用流程图总结一下：

至此，acquire()的流程终于算是告一段落了。这也就是ReentrantLock.lock()的流程，不信你去看其lock()源码吧，整个函数就是一条acquire(1)！！！

原标题：AQS详解

关键词：AQS