高并发编程-AQS深入解析

要点解说

AbstractQueuedSynchronizer简称AQS，它是java.util.concurrent包下CountDownLatch/FutureTask/ReentrantLock/RenntrantReadWriteLock/Semaphore实现的基础，所以深入理解AQS非常有必要。

AQS通过内部实现的FIFO等待队列来完成资源获取线程的等待工作，如果当前线程获取资源失败，AQS则会将当前线程以及等待状态等信息构造成一个Node结构的节点，并将其加入等待队列中，同时会阻塞当前线程；当其它获取到资源的线程释放持有的资源时，则会把等待队列节点中的线程唤醒，使其再次尝试获取对应资源。

源码解析

AbstractQueuedSynchronizer源码比较长，这里只分析主要的功能代码。首先，先看一下它内部定义的Node类的代码。

static final class Node {
        //声明共享模式下的等待节点
        static final Node SHARED = new Node();
        //声明独占模式下的等待节点
        static final Node EXCLUSIVE = null;

        //waitStatus的一常量值，表示线程已取消
        static final int CANCELLED =  1;
        //waitStatus的一常量值，表示后继线程需要取消挂起
        static final int SIGNAL    = -1;
        //waitStatus的一常量值，表示线程正在等待条件
        static final int CONDITION = -2;
        //waitStatus的一常量值，表示下一个acquireShared应无条件传播
        static final int PROPAGATE = -3;

        //waitStatus,其值只能为CANCELLED、SIGNAL、CONDITION、PROPAGATE或0
        //初始值为0
        volatile int waitStatus;

        //前驱节点
        volatile Node prev;

        //后继节点
        volatile Node next;

        //当前节点的线程，在节点初始化时赋值，使用后为null
        volatile Thread thread;

        //下一个等待节点
        Node nextWaiter;

        Node() { 
        }

        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;
        }
    }

上面的Node就是等待队列里的一个节点，具体结构如下：

接着，来看一下AbstractQueuedSynchronizer的三个重要属性：

    //等待队列的头结点
    private transient volatile Node head;
    //等待队列的尾节点
    private transient volatile Node tail;
    //同步状态，这个很重要
    private volatile int state;

从这就可以得到同步队列的基本结构：

同时，同步器中提供了三个方法用于操作同步状态：

    protected final int getState() {
        return state;
    }

    protected final void setState(int newState) {
        state = newState;
    }

    //使用CAS设置同步状态，确保线程安全
    protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
        return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
    }

AbstractQueuedSynchronizer类中其它方法主要是用于插入节点、释放节点，插入节点过程如下图所示：

释放头结点过程如下图所示：

分析小结

AbstractQueuedSynchronizer实现了对资源获取与释放的基础实现，真正使用到的地方还在是各个具体的功能类中，如CountDownLatch、ReentrantLock等，后面在这些类中会具体分析。

面试考点

AQS是什么？内部实现结构了解吗？
AbstractQueuedSynchronizer简称AQS，它为实现依赖于先进先出 (FIFO) 等待队列的阻塞锁和相关同步器（信号量等）提供一个基础实现框架。内部实现结构参考上面的图示作答。