AQS 原理

AQS（AbstractQueuedSynchronizer）是 Java 中用于构建锁和同步器的框架，它是并发包中很多同步类的基础。AQS 提供了一种基于 FIFO 等待队列的同步器实现，通过内置的队列和状态管理机制，可以实现各种同步器，如 ReentrantLock、CountDownLatch、Semaphore 等。

AQS 的核心思想是使用一个整型的状态变量来表示同步状态，同时维护一个 FIFO 的等待队列来管理获取锁失败的线程。AQS 包含两种操作：独占操作（acquire）和共享操作（release）。独占操作是指只有一个线程可以获取同步状态，而共享操作是指多个线程可以同时获取同步状态。

AQS 的主要方法包括：

1. acquire(int arg)：获取同步状态，如果获取成功返回 true，否则阻塞等待。
2. release(int arg)：释放同步状态，唤醒等待队列中的线程。
3. tryAcquire(int arg)：尝试获取同步状态，获取成功返回 true，否则返回 false。
4. tryRelease(int arg)：尝试释放同步状态，释放成功返回 true，否则返回 false。

AQS 的内部实现主要涉及到以下几个重要的方法：

1. acquireQueued(Node node, int arg)：将当前线程以节点的形式加入到等待队列中，并自旋等待获取同步状态。
2. tryAcquire(int arg)：尝试获取同步状态，如果成功返回 true，否则返回 false。
3. release(int arg)：释放同步状态，唤醒等待队列中的头节点（即等待时间最长的线程）。
4. tryRelease(int arg)：尝试释放同步状态，如果成功返回 true，否则返回 false。
5. addWaiter(Node mode)：将当前线程以节点的形式加入到等待队列中。

AQS 的设计使得它可以支持独占锁（Exclusive Lock）和共享锁（Share Lock），并且可以方便地构建更复杂的同步器。通过继承 AQS 并实现 acquire 和 release 方法，开发者可以定制自己的同步器，实现更灵活和高效的并发控制。AQS 的实现为 Java 中锁和同步器的高效、灵活提供了基础。

什么是 AQS定义：AbstarctQueuedSynchronizer 简称 AQS，是一个用于构建锁和同步容器的框架。

事实上 concurrent 包内许多类都是基于 AQS 构建的，例如 ReentrantLock，ReentrantReadWriteLock，FutureTask 等。AQS 解决了在实现同步容器时大量的细节问题。

 

AQS 使用一个 FIFO 队列表示排队等待锁的线程，队列头结点称作 “哨兵节点” 或者 “哑结点”，它不与任何线程关联。其他的节点与等待线程关联，每个阶段维护一个等待状态 waitStatus。

AQS 提供的两种功能

从使用层面来说，AQS 的锁功能分为两种：独占锁和共享锁。

独占锁：每次只能有一个线程持有锁，比如前面给大家演示的 ReentrantLock 就是以独占方式实现的互斥锁；
共享锁：允许多个线程同时获取锁，并发访问共享资源，比如 ReentrantReadWriteLock。

4. AQS 的内部实现

AQS 的实现依赖内部的同步队列，也就是 FIFO 的双向队列，如果当前线程竞争锁失败，那么 AQS 会把当前线程以及等待状态信息构造成一个 Node 加入到同步队列中，同时再阻塞该线程。当获取锁的线程释放锁以后，会从队列中唤醒一个阻塞的节点 (线程)。

如下图所示，一个节点表示一个线程，它保存着线程的引用（thread）、状态（waitStatus）、前驱节点（prev）、后继节点（next），其实就是个双端双向链表，其数据结构如下：

 

Tips：AQS 队列内部维护的是一个 FIFO 的双向链表，这种结构的特点是每个数据结构都有两个指针，分别指向直接的后继节点和直接前驱节点。所以双向链表可以从任意一个节点开始，很方便的访问前驱和后继。每个 Node 其实是由线程封装，当线程争抢锁失败后会封装成 Node 加入到 ASQ 队列中去。

添加线程对于 AQS 队列的变化

当出现锁竞争以及释放锁的时候，AQS 同步队列中的节点会发生变化，首先看一下添加线程的场景。

 

这里会涉及到两个变化：

• 队列操作的变化：新的线程封装成 Node 节点追加到同步队列中，设置 prev 节点以及修改当前节点的前置节点的 next 节点指向自己；
• tail 指向变化：通过同步器将 tail 重新指向新的尾部节点。

6. 释放锁移除节点对于 AQS 队列的变化

第一个 head 节点表示获取锁成功的节点，当头结点在释放同步状态时，会唤醒后继节点，如果后继节点获得锁成功，会把自己设置为头结点，节点的变化过程如下：

 

这个过程也是涉及到两个变化：

head 节点指向：修改 head 节点指向下一个获得锁的节点；
新的获得锁的节点：如图所示，第二个节点被 head 指向了，此时将 prev 的指针指向 null，因为它自己本身就是第一个首节点，所以 pre 指向 null。