AQS框架的理解
在实习的时候，需要对公司内部的分布式框架（RPC框架）进行拓展。在阅读该RPC框架源码的时候，发现该框架中较多地方使用了自增原子类，而原子类又是基于AQS实现，在秋招之前阅读过AQS框架，但是都是粗粗的阅读了一些博客，并没有对源码进行阅读。如今，趁着过年有时间对AQS源码进行梳理。
1. 原理简介
2. 部分Node类分析
根据原理可知道，AQS是一个线程同步工具，其主要作用是内部维持了一个双向队列，以及一个状态，如果没有获取到状态，那么该线程则会被加入等待队列。而这个队列中的节点(Node)则是AQS内部实现的类，其主要的属性如下：
static final AbstractQueuedSynchronizer.Node SHARED = new AbstractQueuedSynchronizer.Node();
static final AbstractQueuedSynchronizer.Node EXCLUSIVE = null;
static final int CANCELLED = 1;
static final int SIGNAL = -1;
static final int CONDITION = -2;
static final int PROPAGATE = -3;
volatile int waitStatus; // 等待状态（是否超时等）
volatile AbstractQueuedSynchronizer.Node prev; // 指向前一个节点
volatile AbstractQueuedSynchronizer.Node next; // 指向后一个节点
volatile Thread thread; // 获取线程信息
AbstractQueuedSynchronizer.Node nextWaiter;
private static final VarHandle NEXT; // VarHandle为本地同步类
private static final VarHandle PREV;
private static final VarHandle THREAD;
private static final VarHandle WAITSTATUS;
注：在java9 之后均使用VarHandle来实现CAS操作，代替了原先的Unsafe类，其好处是屏蔽了内存模型，使得可以适应不同的系统。
框架意义
只需要根据AQS提供的工具实现排斥锁和共享锁即可，而无须关注状态是否获取成功，是否需要排队，唤醒等操作。
框架原理
1. 属性
首先，AQS框架是为了设计锁而存在的，而锁的就是对状态的获取。在AQS中通过private volatile int state来表示锁的状态，在独占锁时只有0、1两个状态，在共享锁时大于等于0表示锁的状态。其次，我们说过AQS解决了解决了线程等待、排队以及唤醒的问题，这一过程是通过双向链表来完成的。所以在AQS中有head以及tail两个节点。AQS的基础原理是基于CAS来完成状态获取操作（无论是获取排他锁还是共享锁），CAS操作又是基于VarHandle来完成，所以在类属性中存在
private static final VarHandle STATE; // 操作状态
private static final VarHandle HEAD; // 操作头节点
private static final VarHandle TAIL; // 操作尾节点
（对于这三个状态的操作采用了三个工具，本身也是为了互不干扰，如果是采用一个VarHandle变量，会影响框架的效率。比方说：在A线程需要通过VarHandle设置头节点，此时B线程需要通过VarHandle设置尾节点，需要等待A线程操作结束之后才行。当然以上是我的猜测。）
具体的属性列表如下：
private static final long serialVersionUID = 7373984972572414691L;
private transient volatile AbstractQueuedSynchronizer.Node head;
private transient volatile AbstractQueuedSynchronizer.Node tail;
private volatile int state;
static final long SPIN_FOR_TIMEOUT_THRESHOLD = 1000L;
private static final VarHandle STATE;
private static final VarHandle HEAD;
private static final VarHandle TAIL;
2. 方法
protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
return STATE.compareAndSet(this, expect, update);
}
上面一段代码没啥可以说的，就是利用STATE完成CAS操作。
private AbstractQueuedSynchronizer.Node enq(AbstractQueuedSynchronizer.Node node) {
while(true) {
AbstractQueuedSynchronizer.Node oldTail = this.tail; // 获取尾节点
if (oldTail != null) {
node.setPrevRelaxed(oldTail); // 将node的前一个节点设置为oldTail节点
if (this.compareAndSetTail(oldTail, node)) {
oldTail.next = node;
return oldTail;
}
} else {
this.initializeSyncQueue();
}
}
}
// 下面就是setPrevRelaxed方法的签名
final void setPrevRelaxed(AbstractQueuedSynchronizer.Node p) {
PREV.set(this, p);
}
enq方法的主要作用就是通过CAS+自旋完成尾节点的插入。
private AbstractQueuedSynchronizer.Node addWaiter(AbstractQueuedSynchronizer.Node mode) {
AbstractQueuedSynchronizer.Node node = new AbstractQueuedSynchronizer.Node(mode);
AbstractQueuedSynchronizer.Node oldTail;
do {
while(true) {
oldTail = this.tail;
if (oldTail != null) {
node.setPrevRelaxed(oldTail); // node节点的前向指针指向当前尾节点
break;
}
this.initializeSyncQueue(); // 更新
}
} while(!this.compareAndSetTail(oldTail, node));
oldTail.next = node; // 尾节点的后向指针指向node节点
return node;
}
addWaiter方法的主要作用就是CAS + 自旋完成节点的添加，与enq方法的不同时，这里的插入是形成了双向链表。
private void unparkSuccessor(AbstractQueuedSynchronizer.Node node) {
int ws = node.waitStatus;
if (ws < 0) {
node.compareAndSetWaitStatus(ws, 0);
}
AbstractQueuedSynchronizer.Node s = node.next;
if (s == null || s.waitStatus > 0) {
s = null;
for(AbstractQueuedSynchronizer.Node p = this.tail; p != node && p != null; p = p.prev) {
if (p.waitStatus <= 0) {
s = p;
}
}
}
if (s != null) {
LockSupport.unpark(s.thread);
}
}
unparkSuccessor方法的主要任务是：唤醒其他等待锁的节点。
其主要流程是：
1. 如果当前节点的状态为取消状态，则对其进行初始化。
2. 拿到node后面的一个节点。
3. 如果后边的节点为空或者被取消（waitStatus > 0 则表明节点已经被取消）
4. 开始从尾部开始进行迭代。原因是：节点被阻塞的时候，是在 acquireQueued 方法里面被阻塞的，唤醒时也一定会在 acquireQueued 方法里面被唤醒，唤醒之后的条件是，判断当前节点的前置节点是否是头节点，这里是判断当前节点的前置节点，所以这里必须使用从尾到头的迭代顺序才行，目的就是为了过滤掉无效的前置节点，不然节点被唤醒时，发现其前置节点还是无效节点，就又会陷入阻塞。
条件队列
主要是因为并不是所有场景一个同步队列就可以搞定的，在遇到锁 + 队列结合的场景时，就需要 Lock + Condition 配合才行，先使用 Lock 来决定哪些线程可以获得锁，哪些线程需要到同步队列里面排队阻塞；获得锁的多个线程在碰到队列满或者空的时候，可以使用 Condition 来管理这些线程，让这些线程阻塞等待，然后在合适的时机后，被正常唤醒。
说白了就是同步队列的预备队列。在同步队列满了之后，阻塞的线程无法进入同步队列，这时候会进入条件队列（代表获得了抢占锁的机会）。同步队列是负责互斥，也就是如果没有获取锁就等着，等待获取锁的那一刻。而条件队列是告诉你什么时候可以去等待获取锁。类似于银行排队，一个窗口只能负责一个人，但是一个窗口有很多人在排队，如果排队的人过多，让你先不要排队，先去等候区坐着，等到了满足条件的时候，大堂经理会告诉你要准备了（可以进入排队）。
