目錄
1 基本實現原理
1.1 如何使用
1.2 設計思想
2 自定義同步器
2.1 同步器代碼實現
2.2 同步器代碼測試
3 源碼分析
3.1 Node結點
3.2 獨佔式
3.3 共享式
4 總結
Java併發包（JUC）中提供了很多併發工具，這其中，很多我們耳熟能詳的併發工具，譬如ReentrangLock、Semaphore，它們的實現都用到了一個共同的基類--AbstractQueuedSynchronizer,簡稱AQS。AQS是一個用來構建鎖和同步器的框架，使用AQS能簡單且高效地構造出應用廣泛的大量的同步器，比如我們提到的ReentrantLock，Semaphore，其他的諸如ReentrantReadWriteLock，SynchronousQueue，FutureTask等等皆是基於AQS的。當然，我們自己也能利用AQS非常輕鬆容易地構造出符合我們自己需求的同步器。
本章我們就一起探究下這個神奇的東東，並對其實現原理進行剖析理解
基本實現原理
AQS使用一個int成員變量來表示同步狀態，通過內置的FIFO隊列來完成獲取資源線程的排隊工作。
private volatile int state;//共享變量，使用volatile修飾保證線程可見性
狀態信息通過procted類型的getState，setState，compareAndSetState進行操作
AQS支持兩種同步方式：
1.獨佔式
2.共享式
這樣方便使用者實現不同類型的同步組件，獨佔式如ReentrantLock，共享式如Semaphore，CountDownLatch，組合式的如ReentrantReadWriteLock。總之，AQS爲使用提供了底層支撐，如何組裝實現，使用者可以自由發揮。
同步器的設計是基於模板方法模式的，一般的使用方式是這樣：
1.使用者繼承AbstractQueuedSynchronizer並重寫指定的方法。（這些重寫方法很簡單，無非是對於共享資源state的獲取和釋放）
2.將AQS組合在自定義同步組件的實現中，並調用其模板方法，而這些模板方法會調用使用者重寫的方法。
這其實是模板方法模式的一個很經典的應用。
我們來看看AQS定義的這些可重寫的方法：
protected boolean tryAcquire(int arg) : 獨佔式獲取同步狀態，試着獲取，成功返回true，反之爲false
protected boolean tryRelease(int arg) ：獨佔式釋放同步狀態，等待中的其他線程此時將有機會獲取到同步狀態；
protected int tryAcquireShared(int arg) ：共享式獲取同步狀態，返回值大於等於0，代表獲取成功；反之獲取失敗；
protected boolean tryReleaseShared(int arg) ：共享式釋放同步狀態，成功爲true，失敗爲false
protected boolean isHeldExclusively() ： 是否在獨佔模式下被線程佔用。
關於AQS的使用，我們來簡單總結一下：
如何使用
首先，我們需要去繼承AbstractQueuedSynchronizer這個類，然後我們根據我們的需求去重寫相應的方法，比如要實現一個獨佔鎖，那就去重寫tryAcquire，tryRelease方法，要實現共享鎖，就去重寫tryAcquireShared，tryReleaseShared；最後，在我們的組件中調用AQS中的模板方法就可以了，而這些模板方法是會調用到我們之前重寫的那些方法的。也就是說，我們只需要很小的工作量就可以實現自己的同步組件，重寫的那些方法，僅僅是一些簡單的對於共享資源state的獲取和釋放操作，至於像是獲取資源失敗，線程需要阻塞之類的操作，自然是AQS幫我們完成了。
設計思想
對於使用者來講，我們無需關心獲取資源失敗，線程排隊，線程阻塞/喚醒等一系列複雜的實現，這些都在AQS中爲我們處理好了。我們只需要負責好自己的那個環節就好，也就是獲取/釋放共享資源state的姿勢T_T。很經典的模板方法設計模式的應用，AQS爲我們定義好頂級邏輯的骨架，並提取出公用的線程入隊列/出隊列，阻塞/喚醒等一系列複雜邏輯的實現，將部分簡單的可由使用者決定的操作邏輯延遲到子類中去實現即可。
自定義同步器
同步器代碼實現
上面大概講了一些關於AQS如何使用的理論性的東西，接下來，我們就來看下實際如何使用，直接採用JDK官方文檔中的小例子來說明問題
同步器代碼測試
測試下這個自定義的同步器，我們使用之前文章中做過的併發環境下a++的例子來說明問題（a++的原子性其實最好使用原子類AtomicInteger來解決，此處用Mutex有點大炮打蚊子的意味，好在能說明問題就好）
TestMutex
測試結果：
加鎖前，a=279204 加鎖後，a=300000
源碼分析
我們先來簡單描述下AQS的基本實現，前面我們提到過，AQS維護一個共享資源state，通過內置的FIFO來完成獲取資源線程的排隊工作。（這個內置的同步隊列稱爲"CLH"隊列）。該隊列由一個一個的Node結點組成，每個Node結點維護一個prev引用和next引用，分別指向自己的前驅和後繼結點。AQS維護兩個指針，分別指向隊列頭部head和尾部tail。
其實就是個雙端雙向鏈表。
當線程獲取資源失敗（比如tryAcquire時試圖設置state狀態失敗），會被構造成一個結點加入CLH隊列中，同時當前線程會被阻塞在隊列中（通過LockSupport.park實現，其實是等待態）。當持有同步狀態的線程釋放同步狀態時，會喚醒後繼結點，然後此結點線程繼續加入到對同步狀態的爭奪中。
Node結點
Node結點是AbstractQueuedSynchronizer中的一個靜態內部類，我們撿Node的幾個重要屬性來說一下
獨佔式
獲取同步狀態--acquire()
來看看acquire方法，lock方法一般會直接代理到acquire上
1 public final void acquire(int arg) {
2 if (!tryAcquire(arg) &&
3 acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
4 selfInterrupt();
5 }
我們來簡單理一下代碼邏輯：
a.首先，調用使用者重寫的tryAcquire方法，若返回true，意味着獲取同步狀態成功，後面的邏輯不再執行；若返回false，也就是獲取同步狀態失敗，進入b步驟；
b.此時，獲取同步狀態失敗，構造獨佔式同步結點，通過addWatiter將此結點添加到同步隊列的尾部（此時可能會有多個線程結點試圖加入同步隊列尾部，需要以線程安全的方 式添加）；
c.該結點以在隊列中嘗試獲取同步狀態，若獲取不到，則阻塞結點線程，直到被前驅結點喚醒或者被中斷。
addWaiter
爲獲取同步狀態失敗的線程，構造成一個Node結點，添加到同步隊列尾部
先cas快速設置，若失敗，進入enq方法
將結點添加到同步隊列尾部這個操作，同時可能會有多個線程嘗試添加到尾部，是非線程安全的操作。
以上代碼可以看出，使用了compareAndSetTail這個cas操作保證安全添加尾結點。
enq方法
enq內部是個死循環，通過CAS設置尾結點，不成功就一直重試。很經典的CAS自旋的用法，我們在之前關於原子類的源碼分析中也提到過。這是一種樂觀的併發策略。
最後，看下acquireQueued方法
acquireQueued
acquireQueued內部也是一個死循環，只有前驅結點是頭結點的結點，也就是老二結點，纔有機會去tryAcquire；若tryAcquire成功，表示獲取同步狀態成功，將此結點設置爲頭結點；若是非老二結點，或者tryAcquire失敗，則進入shouldParkAfterFailedAcquire去判斷判斷當前線程是否應該阻塞，若可以，調用parkAndCheckInterrupt阻塞當前線程，直到被中斷或者被前驅結點喚醒。若還不能休息，繼續循環。
shouldParkAfterFailedAcquire
shouldParkAfterFailedAcquire用來判斷當前結點線程是否能休息
若shouldParkAfterFailedAcquire返回true，也就是當前結點的前驅結點爲SIGNAL狀態，則意味着當前結點可以放心休息，進入parking狀態了。parkAncCheckInterrupt阻塞線程並處理中斷。
至此，關於acquire的方法源碼已經分析完畢，我們來簡單總結下
a.首先tryAcquire獲取同步狀態，成功則直接返回；否則，進入下一環節；
b.線程獲取同步狀態失敗，就構造一個結點，加入同步隊列中，這個過程要保證線程安全；
c.加入隊列中的結點線程進入自旋狀態，若是老二結點（即前驅結點爲頭結點），纔有機會嘗試去獲取同步狀態；否則，當其前驅結點的狀態爲SIGNAL，線程便可安心休息，進入阻塞狀態，直到被中斷或者被前驅結點喚醒。
釋放同步狀態--release()
當前線程執行完自己的邏輯之後，需要釋放同步狀態，來看看release方法的邏輯
unparkSuccessor:喚醒後繼結點
release的同步狀態相對簡單，需要找到頭結點的後繼結點進行喚醒，若後繼結點爲空或處於CANCEL狀態，從後向前遍歷找尋一個正常的結點，喚醒其對應線程。
共享式
共享式：共享式地獲取同步狀態。對於獨佔式同步組件來講，同一時刻只有一個線程能獲取到同步狀態，其他線程都得去排隊等待，其待重寫的嘗試獲取同步狀態的方法tryAcquire返回值爲boolean，這很容易理解；對於共享式同步組件來講，同一時刻可以有多個線程同時獲取到同步狀態，這也是“共享”的意義所在。其待重寫的嘗試獲取同步狀態的方法tryAcquireShared返回值爲int。
1.當返回值大於0時，表示獲取同步狀態成功，同時還有剩餘同步狀態可供其他線程獲取；
2.當返回值等於0時，表示獲取同步狀態成功，但沒有可用同步狀態了；
3.當返回值小於0時，表示獲取同步狀態失敗。
獲取同步狀態--acquireShared
doAcquireShared
大體邏輯與獨佔式的acquireQueued差距不大，只不過由於是共享式，會有多個線程同時獲取到線程，也可能同時釋放線程，空出很多同步狀態，所以當排隊中的老二獲取到同步狀態，如果還有可用資源，會繼續傳播下去。
setHeadAndPropagate
釋放同步狀態--releaseShared
doReleaseShared
代碼邏輯比較容易理解，需要注意的是，共享模式，釋放同步狀態也是多線程的，此處採用了CAS自旋來保證。
總結
關於AQS的介紹及源碼分析到此爲止了。
AQS是JUC中很多同步組件的構建基礎，簡單來講，它內部實現主要是狀態變量state和一個FIFO隊列來完成，同步隊列的頭結點是當前獲取到同步狀態的結點，獲取同步狀態state失敗的線程，會被構造成一個結點（或共享式或獨佔式）加入到同步隊列尾部（採用自旋CAS來保證此操作的線程安全），隨後線程會阻塞；釋放時喚醒頭結點的後繼結點，使其加入對同步狀態的爭奪中。
AQS爲我們定義好了頂層的處理實現邏輯，我們在使用AQS構建符合我們需求的同步組件時，只需重寫tryAcquire，tryAcquireShared，tryRelease，tryReleaseShared幾個方法，來決定同步狀態的釋放和獲取即可，至於背後複雜的線程排隊，線程阻塞/喚醒，如何保證線程安全，都由AQS爲我們完成了，這也是非常典型的模板方法的應用。AQS定義好頂級邏輯的骨架，並提取出公用的線程入隊列/出隊列，阻塞/喚醒等一系列複雜邏輯的實現，將部分簡單的可由使用者決定的操作邏輯延遲到子類中去實現。
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