抽象同步队列AQS

抽象同步队列AQS

（1） AQS——锁的底层支持

AbstractQueuedSynchronizer抽象同步队列简称AQS，它是实现同步器的基础组件，并发包中锁的底层就是使用AQS实现的。AQS的类图结构如下所示。

由图可以看到，AQS是一个FIFO的双向队列，其内部通过节点head和tail记录队首和队尾元素，队列元素的类型为Node。

• Node中的thread变量用来存放进入AQS队列里面的线程
• Node节点内部的SHARED用来标记该线程是获取共享资源时被阻塞挂起后放入AQS队列的，EXCLUSIVE用来标记线程是获取独占资源时被挂起后放入AQS队列的
• waitStatus记录当前线程等待状态，可以为CANCELLED（线程被取消了）、SIGNAL（线程需要被唤醒）、CONDITION（线程在条件队列里面等待）、PROPAGATE（释放共享资源时需要通知其他节点）
• prev记录当前节点的前驱节点
• next记录当前节点的后继节点

在AQS中维持了一个单一的状态信息state，可以通过getState、setState、compareAndSetState函数修改其值。

• 对于ReentrantLock的实现来说，state可以用来表示当前线程获取锁的可重入次数
• 对于读写锁ReentrantReadWriteLock来说，state的高16位表示读状态，也就是获取该读锁的次数，低16位表示获取到写锁的线程的可重入次数
• 对于semaphore来说，state用来表示当前可用信号的个数
• 对于CountDownlatch来说，state用来表示计数器当前的值

AQS有个内部类ConditionObject，用来结合锁实现线程同步。ConditionObject可以直接访问AQS对象内部的变量，比如state状态值和AQS队列。ConditionObject是条件变量，每个条件变量对应一个条件队列（单项链表队列），其用来存放调用条件变量的await方法后被阻塞的线程，如类图所示，这个条件队列的头、尾元素分别为firstWaiter和lastWaiter。

对于AQS来说，线程同步的关键是对状态值state进行操作。根据state是否属于一个线程，操作state的方式分为独占方式和共享方式。

• 在独占方式下获取和释放资源使用的方法为
  • void acquire(int arg)
  • void acquireInterruptibly(int arg)
  • boolean release(int arg)
• 在共享方式下获取和释放资源的方法为
  • void acquireShared(int arg)
  • void acquireShareInterruptibly(int arg)
  • boolean releaseShared(int arg)
• 这两套函数中都有一个带有Interruptibly关键字的函数
  • 不带Interruptibly关键字的方法获取资源时或者获取资源失败被挂起时，其他线程中断了该线程，那么该线程不会因为被中断而抛出异常，它还是继续获取资源或者被挂起，也就是说不对中断进行响应，忽略中断
  • 而带Interruptibly关键字的方法要对中断进行响应，也就是线程在调用带Interruptibly关键字的方法获取资源时或者获取资源失败被挂起时，其他线程中断了该线程，那么该线程会抛出InterruptedException异常而返回

（2） AQS——条件变量的支持

• notify和wait是配合synchronized内置锁实现线程间同步的基础设施，条件变量的signal和await方法也是用来配合锁（使用AQS实现的锁）实现线程间同步的基础设施。
• 它们的不同在于，synchronized同时只能对一个与共享变量的notify或wait方法实现同步，而AQS的一个锁可以对应多个条件变量。

条件变量其实就是一个在AQS内部声明的ConditionObject对象，ConditionObject是AQS的内部类，可以访问AQS内部的变量（例如状态变量state）和方法。在每个条件变量内部都维护了一个条件队列，用来存放调用条件变量的await()方法时被阻塞的线程。注意这个条件队列和AQS队列不是一回事。