Java并发核心类AQS

JUC类图

1 定义

AQS（AbstractQueuedSynchronizer）是一个用来构建锁和同步器的框架，是Java并发包中的核心基础组件。

使用AQS能简单且高效地构造出应用广泛的大量的同步器，比如ReentrantLock，Semaphore，其他的诸如ReentrantReadWriteLock，SynchronousQueue，FutureTask等等皆是基于AQS的。

如果没有AQS，每个协作工具将需要自己实现同步状态的原子性管理、线程的阻塞与解除阻塞、队列的管理等功能。使用AQS，可以更方便地构建线程协作类，专注于业务逻辑的开发。

2 底层原理

• 状态管理
  AQS 通过一个 state 变量来维护同步器的状态。state 变量的含义和使用方式由具体的同步器决定，例如，ReentrantLock 使用 state 表示锁的持有次数。

  private volatile int state;//共享变量，使用volatile修饰保证线程可见性```

  • 0：表示节点在等待队列中，且无特殊状态。也就是说，节点处于正常等待状态。

  • Node.CANCELLED（值为1）：表示节点由于超时或中断被取消。节点在等待过程中，可能由于超时或者中断等原因取消等待，这时 waitStatus 被设置为 CANCELLED。

  • Node.SIGNAL（值为-1）：表示后继节点在等待当前节点唤醒。当前节点释放锁的时候，如果有后继节点正在等待，会将后继节点的 waitStatus 设置为 SIGNAL，表示需要唤醒后继节点。

  • Node.CONDITION（值为-2）：表示节点在等待队列中，因为等待 condition 条件而被阻塞。当调用 Condition.await 方法时，节点的 waitStatus 会被设置为 CONDITION。

  • Node.PROPAGATE（值为-3）：表示释放共享锁时，无条件唤醒其他节点。PROPAGATE 是为了实现共享模式下的释放锁后唤醒其他节点。

• 同步队列
  AQS 使用一个双向链表来维护等待获取同步状态的线程队列。这个队列通常被称为同步队列（Sync Queue）。在同步队列中，等待线程会被封装成节点（Node）对象，并按照先进先出（FIFO）的顺序排列。

  AQS 使用 CLH（Craig, Landin, and Hagersten）队列锁的变体来实现同步队列。
  CLH队列锁是一种自旋公平锁，当多线程竞争一把锁时，获取不到锁的线程，会排队进入CLH队列的队尾，然后自旋等待，直到其前驱线程释放锁。

• 模板方法
  AQS 提供了一些模板方法，例如 tryAcquire、tryRelease、tryAcquireShared、tryReleaseShared 等，这些方法需要具体的同步器去实现。这些模板方法定义了同步器的操作规范，而具体的同步器实现需要根据自身的逻辑来重写这些方法。

• 状态变更和唤醒
  当同步状态变更时，AQS 会根据新状态决定是否唤醒等待队列中的线程。唤醒操作通常包括将一个或多个节点从等待队列移动到同步队列，并使其重新参与竞争。

• Condition 对象
  AQS 支持 Condition 对象，用于在同步器上创建具有不同等待条件的线程组。Condition 的实现通常依赖于 AQS 的底层机制。

3 AQS对资源共享方式的定义

• 独占(Exclusive)
  只有一个线程能获取锁执行，如读写锁中的写锁ReentrantReadWriteLock.WriteLock、可重入锁ReentrantLock等。

  • 公平
    按照线程在队列中的排队顺序，先到者先拿到锁
  • 非公平
    当线程要获取锁时，无视队列顺序直接去抢锁

• 共享(Share)
  多个线程可同时获取锁执行，，如读写锁中的读锁ReentrantReadWriteLock.ReadLock。

不同的自定义同步器争用共享资源的方式也不同。自定义同步器在实现时只需要实现共享资源 state 的获取与释放方式即可，至于具体线程等待队列的维护(如获取资源失败入队/唤醒出队等)，AQS已经已经实现了。

4 自定义同步器

AQS使用了模板方法设计模式，仅开发了以下方法的重写，其他方法都用final进行了修饰。
使用者继承AbstractQueuedSynchronizer并重写指定的方法，实现对于共享资源state的获取和释放即可。

isHeldExclusively()//该线程是否正在独占资源。只有用到condition才需要去实现它。
tryAcquire(int)//独占方式。尝试获取资源，成功则返回true，失败则返回false。
tryRelease(int)//独占方式。尝试释放资源，成功则返回true，失败则返回false。
tryAcquireShared(int)//共享方式。尝试获取资源。负数表示失败；0表示成功，但没有剩余可用资源；正数表示成功，且有剩余资源。
tryReleaseShared(int)//共享方式。尝试释放资源，成功则返回true，失败则返回false。

默认情况下，每个方法都抛出 UnsupportedOperationException。这些方法的实现必须是内部线程安全的，并且通常应该简短而不是阻塞。
以ReentrantLock为例，state初始化为0，表示未锁定状态。A线程lock()时，会调用tryAcquire()独占该锁并将state+1。此后，其他线程再tryAcquire()时就会失败，直到A线程unlock()到state=0(即释放锁)为止，其它线程才有机会获取该锁。当然，释放锁之前，A线程自己是可以重复获取此锁的(state会累加)，这就是可重入的概念。但要注意，获取多少次就要释放多么次，这样才能保证state是能回到零态的。

compareAndSetState 法就是利用了Unsafe.compareAndSwapInt 方法来实现对锁的获取，是一个原子性的操作。

5. AQS数据结构

AbstractQueuedSynchronizer类底层的数据结构是使用CLH(Craig,Landin,and Hagersten)队列是一个虚拟的双向队列(虚拟的双向队列即不存在队列实例，仅存在结点之间的关联关系)。
AQS是将每条请求共享资源的线程封装成一个CLH锁队列的一个结点(Node)来实现锁的分配。

• Sync queue
  即同步队列，是双向链表，包括head结点和tail结点，head结点主要用作后续的调度。

• Condition queue
  不是必须的，其是一个单向链表，只有当使用Condition时，才会存在此单向链表。并且可能会有多个Condition queue。

6. 类的继承关系

AbstractQueuedSynchronizer继承自AbstractOwnableSynchronizer，而以下实现类又继承自AbstractQueuedSynchronizer。
//待补充一个IDEA实现类截图。

6.1 AbstractOwnableSynchronizer抽象类

AbstractOwnableSynchronizer抽象类的源码如下。

public abstract class AbstractOwnableSynchronizer implements java.io.Serializable {
 
    // 版本序列号
    private static final long serialVersionUID = 3737899427754241961L;
 
    // 独占模式下的线程
    private transient Thread exclusiveOwnerThread;
 
    // 构造方法
    protected AbstractOwnableSynchronizer() {
    }
 
    // 获取独占线程
    protected final Thread getExclusiveOwnerThread() {
        return exclusiveOwnerThread;
    }
 
    // 设置独占线程
    protected final void setExclusiveOwnerThread(Thread thread) {
        exclusiveOwnerThread = thread;
    }
}

AbstractOwnableSynchronizer抽象类中，可以设置独占资源线程和获取独占资源线程。

6.2 AbstractQueuedSynchronizer抽象类

AbstractQueuedSynchronizer类有两个静态内部类，分别为Node类与ConditionObject类。

6.2.1 Node类

static final class Node {
    // 模式，分为共享与独占
    // 共享模式
    static final Node SHARED = new Node();
    // 独占模式
    static final Node EXCLUSIVE = null;
 
    // 结点状态常量
    // 值为0，表示当前节点在sync队列中，等待着获取锁
    // CANCELLED，值为1，表示当前的线程被取消
    // SIGNAL，值为-1，表示当前节点的后继节点包含的线程需要运行，可以通过unpark(Thread thread)指定唤醒
    // CONDITION，值为-2，表示当前节点在等待condition，也就是在condition队列中
    // PROPAGATE，值为-3，表示当前场景下后续的acquireShared能够得以执行
    static final int CANCELLED =  1;
    static final int SIGNAL    = -1;
    static final int CONDITION = -2;
    static final int PROPAGATE = -3;
    // 结点状态
    volatile int waitStatus;
 
    // 前驱结点
    volatile Node prev;
    // 后继结点
    volatile Node next;
    // 结点所对应的线程
    volatile Thread thread;
    // 下一个等待者
    Node nextWaiter;
 
    // 结点是否在共享模式下等待
    final boolean isShared() {
        return nextWaiter == SHARED;
    }
 
    // 获取前驱结点，若前驱结点为空，抛出异常
    final Node predecessor() throws NullPointerException {
        // 保存前驱结点
        Node p = prev; 
        if (p == null) // 前驱结点为空，抛出异常
            throw new NullPointerException();
        else // 前驱结点不为空，返回
            return p;
    }
 
    // 无参构造方法
    Node() {    // Used to establish initial head or SHARED marker
    }
 
    // 构造方法
        Node(Thread thread, Node mode) {    // Used by addWaiter
        this.nextWaiter = mode;
        this.thread = thread;
    }
 
    // 构造方法
    Node(Thread thread, int waitStatus) { // Used by Condition
        this.waitStatus = waitStatus;
        this.thread = thread;
    }
}

6.2.2 ConditionObject类

Condition接口

public interface Condition {
 
    // 等待，当前线程在接到信号或被中断之前一直处于等待状态
    void await() throws InterruptedException;
 
    // 等待，当前线程在接到信号之前一直处于等待状态，不响应中断
    void awaitUninterruptibly();
 
    //等待，当前线程在接到信号、被中断或到达指定等待时间之前一直处于等待状态 
    long awaitNanos(long nanosTimeout) throws InterruptedException;
 
    // 等待，当前线程在接到信号、被中断或到达指定等待时间之前一直处于等待状态。此方法在行为上等效于: awaitNanos(unit.toNanos(time)) > 0
    boolean await(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
 
    // 等待，当前线程在接到信号、被中断或到达指定最后期限之前一直处于等待状态
    boolean awaitUntil(Date deadline) throws InterruptedException;
 
    // 唤醒一个等待线程。如果所有的线程都在等待此条件，则选择其中的一个唤醒。在从 await 返回之前，该线程必须重新获取锁。
    void signal();
 
    // 唤醒所有等待线程。如果所有的线程都在等待此条件，则唤醒所有线程。在从 await 返回之前，每个线程都必须重新获取锁。
    void signalAll();
}

ConditionObject类

// 内部类
public class ConditionObject implements Condition, java.io.Serializable {
    // 版本号
    private static final long serialVersionUID = 1173984872572414699L;
    /** First node of condition queue. */
    // condition队列的头节点
    private transient Node firstWaiter;
    /** Last node of condition queue. */
    // condition队列的尾结点
    private transient Node lastWaiter;
 
    /**
        * Creates a new {@code ConditionObject} instance.
        */
    // 构造方法
    public ConditionObject() { }
 
    // Internal methods
 
    /**
        * Adds a new waiter to wait queue.
        * @return its new wait node
        */
    // 添加新的waiter到wait队列
    private Node addConditionWaiter() {
        // 保存尾结点
        Node t = lastWaiter;
        // If lastWaiter is cancelled, clean out.
        if (t != null && t.waitStatus != Node.CONDITION) { // 尾结点不为空，并且尾结点的状态不为CONDITION
            // 清除状态为CONDITION的结点
            unlinkCancelledWaiters(); 
            // 将最后一个结点重新赋值给t
            t = lastWaiter;
        }
        // 新建一个结点
        Node node = new Node(Thread.currentThread(), Node.CONDITION);
        if (t == null) // 尾结点为空
            // 设置condition队列的头节点
            firstWaiter = node;
        else // 尾结点不为空
            // 设置为节点的nextWaiter域为node结点
            t.nextWaiter = node;
        // 更新condition队列的尾结点
        lastWaiter = node;
        return node;
    }
 
    /**
        * Removes and transfers nodes until hit non-cancelled one or
        * null. Split out from signal in part to encourage compilers
        * to inline the case of no waiters.
        * @param first (non-null) the first node on condition queue
        */
    private void doSignal(Node first) {
        // 循环
        do {
            if ( (firstWaiter = first.nextWaiter) == null) // 该节点的nextWaiter为空
                // 设置尾结点为空
                lastWaiter = null;
            // 设置first结点的nextWaiter域
            first.nextWaiter = null;
        } while (!transferForSignal(first) &&
                    (first = firstWaiter) != null); // 将结点从condition队列转移到sync队列失败并且condition队列中的头节点不为空，一直循环
    }
 
    /**
        * Removes and transfers all nodes.
        * @param first (non-null) the first node on condition queue
        */
    private void doSignalAll(Node first) {
        // condition队列的头节点尾结点都设置为空
        lastWaiter = firstWaiter = null;
        // 循环
        do {
            // 获取first结点的nextWaiter域结点
            Node next = first.nextWaiter;
            // 设置first结点的nextWaiter域为空
            first.nextWaiter = null;
            // 将first结点从condition队列转移到sync队列
            transferForSignal(first);
            // 重新设置first
            first = next;
        } while (first != null);
    }
 
    /**
        * Unlinks cancelled waiter nodes from condition queue.
        * Called only while holding lock. This is called when
        * cancellation occurred during condition wait, and upon
        * insertion of a new waiter when lastWaiter is seen to have
        * been cancelled. This method is needed to avoid garbage
        * retention in the absence of signals. So even though it may
        * require a full traversal, it comes into play only when
        * timeouts or cancellations occur in the absence of
        * signals. It traverses all nodes rather than stopping at a
        * particular target to unlink all pointers to garbage nodes
        * without requiring many re-traversals during cancellation
        * storms.
        */
    // 从condition队列中清除状态为CANCEL的结点
    private void unlinkCancelledWaiters() {
        // 保存condition队列头节点
        Node t = firstWaiter;
        Node trail = null;
        while (t != null) { // t不为空
            // 下一个结点
            Node next = t.nextWaiter;
            if (t.waitStatus != Node.CONDITION) { // t结点的状态不为CONDTION状态
                // 设置t节点的nextWaiter域为空
                t.nextWaiter = null;
                if (trail == null) // trail为空
                    // 重新设置condition队列的头节点
                    firstWaiter = next;
                else // trail不为空
                    // 设置trail结点的nextWaiter域为next结点
                    trail.nextWaiter = next;
                if (next == null) // next结点为空
                    // 设置condition队列的尾结点
                    lastWaiter = trail;
            }
            else // t结点的状态为CONDTION状态
                // 设置trail结点
                trail = t;
            // 设置t结点
            t = next;
        }
    }
 
    // public methods
 
    /**
        * Moves the longest-waiting thread, if one exists, from the
        * wait queue for this condition to the wait queue for the
        * owning lock.
        *
        * @throws IllegalMonitorStateException if {@link #isHeldExclusively}
        *         returns {@code false}
        */
    // 唤醒一个等待线程。如果所有的线程都在等待此条件，则选择其中的一个唤醒。在从 await 返回之前，该线程必须重新获取锁。
    public final void signal() {
        if (!isHeldExclusively()) // 不被当前线程独占，抛出异常
            throw new IllegalMonitorStateException();
        // 保存condition队列头节点
        Node first = firstWaiter;
        if (first != null) // 头节点不为空
            // 唤醒一个等待线程
            doSignal(first);
    }
 
    /**
        * Moves all threads from the wait queue for this condition to
        * the wait queue for the owning lock.
        *
        * @throws IllegalMonitorStateException if {@link #isHeldExclusively}
        *         returns {@code false}
        */
    // 唤醒所有等待线程。如果所有的线程都在等待此条件，则唤醒所有线程。在从 await 返回之前，每个线程都必须重新获取锁。
    public final void signalAll() {
        if (!isHeldExclusively()) // 不被当前线程独占，抛出异常
            throw new IllegalMonitorStateException();
        // 保存condition队列头节点
        Node first = firstWaiter;
        if (first != null) // 头节点不为空
            // 唤醒所有等待线程
            doSignalAll(first);
    }
 
    /**
        * Implements uninterruptible condition wait.
        * <ol>
        * <li> Save lock state returned by {@link #getState}.
        * <li> Invoke {@link #release} with saved state as argument,
        *      throwing IllegalMonitorStateException if it fails.
        * <li> Block until signalled.
        * <li> Reacquire by invoking specialized version of
        *      {@link #acquire} with saved state as argument.
        * </ol>
        */
    // 等待，当前线程在接到信号之前一直处于等待状态，不响应中断
    public final void awaitUninterruptibly() {
        // 添加一个结点到等待队列
        Node node = addConditionWaiter();
        // 获取释放的状态
        int savedState = fullyRelease(node);
        boolean interrupted = false;
        while (!isOnSyncQueue(node)) { // 
            // 阻塞当前线程
            LockSupport.park(this);
            if (Thread.interrupted()) // 当前线程被中断
                // 设置interrupted状态
                interrupted = true; 
        }
        if (acquireQueued(node, savedState) || interrupted) // 
            selfInterrupt();
    }
 
    /*
        * For interruptible waits, we need to track whether to throw
        * InterruptedException, if interrupted while blocked on
        * condition, versus reinterrupt current thread, if
        * interrupted while blocked waiting to re-acquire.
        */
 
    /** Mode meaning to reinterrupt on exit from wait */
    private static final int REINTERRUPT =  1;
    /** Mode meaning to throw InterruptedException on exit from wait */
    private static final int THROW_IE    = -1;
 
    /**
        * Checks for interrupt, returning THROW_IE if interrupted
        * before signalled, REINTERRUPT if after signalled, or
        * 0 if not interrupted.
        */
    private int checkInterruptWhileWaiting(Node node) {
        return Thread.interrupted() ?
            (transferAfterCancelledWait(node) ? THROW_IE : REINTERRUPT) :
            0; 
    }
 
    /**
        * Throws InterruptedException, reinterrupts current thread, or
        * does nothing, depending on mode.
        */
    private void reportInterruptAfterWait(int interruptMode)
        throws InterruptedException {
        if (interruptMode == THROW_IE)
            throw new InterruptedException();
        else if (interruptMode == REINTERRUPT)
            selfInterrupt();
    }
 
    public final void await() throws InterruptedException {
        ////表示await允许被中断
        if (Thread.interrupted())
            throw new InterruptedException();
        //创建一个新的节点，节点状态为 condition，采用的数据结构仍然是链表
        Node node = addConditionWaiter();
        //释放当前的锁，得到锁的状态，并唤醒AQS队列中的一个线程
        int savedState = fullyRelease(node);
        int interruptMode = 0;
        //如果当前节点没有在同步队列上，即还没有被signal，则将当前线程阻塞
        //判断这个节点是否在AQS队列上，第一次判断的是false，因为前面已经释放锁了
        while (!isOnSyncQueue(node)) {
            //通过park挂起当前线程
            LockSupport.park(this);
            if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)
                break;
 
        // 当这个线程醒来,会尝试拿锁, 当acquireQueued返回false就是拿到锁了.
       // interruptMode != THROW_IE -> 表示这个线程没有成功将node入队,但signal执行了enq方法让其入队了.
       // 将这个变量设置成 REINTERRUPT.
        if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE)
            interruptMode = REINTERRUPT;
       // 如果node的下一个等待者不是null, 则进行清理,清理Condition队列上的节点. 
       // 如果是null,就没有什么好清理的了.     
        if (node.nextWaiter != null) // clean up if cancelled
            unlinkCancelledWaiters();
        // 如果线程被中断了,需要抛出异常.或者什么都不做    
        if (interruptMode != 0)
            reportInterruptAfterWait(interruptMode);
    }
 
    /**
        * Implements timed condition wait.
        * <ol>
        * <li> If current thread is interrupted, throw InterruptedException.
        * <li> Save lock state returned by {@link #getState}.
        * <li> Invoke {@link #release} with saved state as argument,
        *      throwing IllegalMonitorStateException if it fails.
        * <li> Block until signalled, interrupted, or timed out.
        * <li> Reacquire by invoking specialized version of
        *      {@link #acquire} with saved state as argument.
        * <li> If interrupted while blocked in step 4, throw InterruptedException.
        * </ol>
        */
    // 等待，当前线程在接到信号、被中断或到达指定等待时间之前一直处于等待状态 
    public final long awaitNanos(long nanosTimeout)
            throws InterruptedException {
        if (Thread.interrupted())
            throw new InterruptedException();
        Node node = addConditionWaiter();
        int savedState = fullyRelease(node);
        final long deadline = System.nanoTime() + nanosTimeout;
        int interruptMode = 0;
        while (!isOnSyncQueue(node)) {
            if (nanosTimeout <= 0L) {
                transferAfterCancelledWait(node);
                break;
            }
            if (nanosTimeout >= spinForTimeoutThreshold)
                LockSupport.parkNanos(this, nanosTimeout);
            if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)
                break;
            nanosTimeout = deadline - System.nanoTime();
        }
        if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE)
            interruptMode = REINTERRUPT;
        if (node.nextWaiter != null)
            unlinkCancelledWaiters();
        if (interruptMode != 0)
            reportInterruptAfterWait(interruptMode);
        return deadline - System.nanoTime();
    }
 
    /**
        * Implements absolute timed condition wait.
        * <ol>
        * <li> If current thread is interrupted, throw InterruptedException.
        * <li> Save lock state returned by {@link #getState}.
        * <li> Invoke {@link #release} with saved state as argument,
        *      throwing IllegalMonitorStateException if it fails.
        * <li> Block until signalled, interrupted, or timed out.
        * <li> Reacquire by invoking specialized version of
        *      {@link #acquire} with saved state as argument.
        * <li> If interrupted while blocked in step 4, throw InterruptedException.
        * <li> If timed out while blocked in step 4, return false, else true.
        * </ol>
        */
    // 等待，当前线程在接到信号、被中断或到达指定最后期限之前一直处于等待状态
    public final boolean awaitUntil(Date deadline)
            throws InterruptedException {
        long abstime = deadline.getTime();
        if (Thread.interrupted())
            throw new InterruptedException();
        Node node = addConditionWaiter();
        int savedState = fullyRelease(node);
        boolean timedout = false;
        int interruptMode = 0;
        while (!isOnSyncQueue(node)) {
            if (System.currentTimeMillis() > abstime) {
                timedout = transferAfterCancelledWait(node);
                break;
            }
            LockSupport.parkUntil(this, abstime);
            if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)
                break;
        }
        if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE)
            interruptMode = REINTERRUPT;
        if (node.nextWaiter != null)
            unlinkCancelledWaiters();
        if (interruptMode != 0)
            reportInterruptAfterWait(interruptMode);
        return !timedout;
    }
 
    /**
        * Implements timed condition wait.
        * <ol>
        * <li> If current thread is interrupted, throw InterruptedException.
        * <li> Save lock state returned by {@link #getState}.
        * <li> Invoke {@link #release} with saved state as argument,
        *      throwing IllegalMonitorStateException if it fails.
        * <li> Block until signalled, interrupted, or timed out.
        * <li> Reacquire by invoking specialized version of
        *      {@link #acquire} with saved state as argument.
        * <li> If interrupted while blocked in step 4, throw InterruptedException.
        * <li> If timed out while blocked in step 4, return false, else true.
        * </ol>
        */
    // 等待，当前线程在接到信号、被中断或到达指定等待时间之前一直处于等待状态。此方法在行为上等效于: awaitNanos(unit.toNanos(time)) > 0
    public final boolean await(long time, TimeUnit unit)
            throws InterruptedException {
        long nanosTimeout = unit.toNanos(time);
        if (Thread.interrupted())
            throw new InterruptedException();
        Node node = addConditionWaiter();
        int savedState = fullyRelease(node);
        final long deadline = System.nanoTime() + nanosTimeout;
        boolean timedout = false;
        int interruptMode = 0;
        while (!isOnSyncQueue(node)) {
            if (nanosTimeout <= 0L) {
                timedout = transferAfterCancelledWait(node);
                break;
            }
            if (nanosTimeout >= spinForTimeoutThreshold)
                LockSupport.parkNanos(this, nanosTimeout);
            if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)
                break;
            nanosTimeout = deadline - System.nanoTime();
        }
        if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE)
            interruptMode = REINTERRUPT;
        if (node.nextWaiter != null)
            unlinkCancelledWaiters();
        if (interruptMode != 0)
            reportInterruptAfterWait(interruptMode);
        return !timedout;
    }
 
    //  support for instrumentation
 
    /**
        * Returns true if this condition was created by the given
        * synchronization object.
        *
        * @return {@code true} if owned
        */
    final boolean isOwnedBy(AbstractQueuedSynchronizer sync) {
        return sync == AbstractQueuedSynchronizer.this;
    }
 
    /**
        * Queries whether any threads are waiting on this condition.
        * Implements {@link AbstractQueuedSynchronizer#hasWaiters(ConditionObject)}.
        *
        * @return {@code true} if there are any waiting threads
        * @throws IllegalMonitorStateException if {@link #isHeldExclusively}
        *         returns {@code false}
        */
    //  查询是否有正在等待此条件的任何线程
    protected final boolean hasWaiters() {
        if (!isHeldExclusively())
            throw new IllegalMonitorStateException();
        for (Node w = firstWaiter; w != null; w = w.nextWaiter) {
            if (w.waitStatus == Node.CONDITION)
                return true;
        }
        return false;
    }
 
    /**
        * Returns an estimate of the number of threads waiting on
        * this condition.
        * Implements {@link AbstractQueuedSynchronizer#getWaitQueueLength(ConditionObject)}.
        *
        * @return the estimated number of waiting threads
        * @throws IllegalMonitorStateException if {@link #isHeldExclusively}
        *         returns {@code false}
        */
    // 返回正在等待此条件的线程数估计值
    protected final int getWaitQueueLength() {
        if (!isHeldExclusively())
            throw new IllegalMonitorStateException();
        int n = 0;
        for (Node w = firstWaiter; w != null; w = w.nextWaiter) {
            if (w.waitStatus == Node.CONDITION)
                ++n;
        }
        return n;
    }
 
    /**
        * Returns a collection containing those threads that may be
        * waiting on this Condition.
        * Implements {@link AbstractQueuedSynchronizer#getWaitingThreads(ConditionObject)}.
        *
        * @return the collection of threads
        * @throws IllegalMonitorStateException if {@link #isHeldExclusively}
        *         returns {@code false}
        */
    // 返回包含那些可能正在等待此条件的线程集合
    protected final Collection<Thread> getWaitingThreads() {
        if (!isHeldExclusively())
            throw new IllegalMonitorStateException();
        ArrayList<Thread> list = new ArrayList<Thread>();
        for (Node w = firstWaiter; w != null; w = w.nextWaiter) {
            if (w.waitStatus == Node.CONDITION) {
                Thread t = w.thread;
                if (t != null)
                    list.add(t);
            }
        }
        return list;
    }
}

6.2.3 AbstractQueuedSynchronizer抽象类

6.2.3.1 属性

public abstract class AbstractQueuedSynchronizer extends AbstractOwnableSynchronizer
    implements java.io.Serializable {
    // 版本号
    private static final long serialVersionUID = 7373984972572414691L;
    // 头节点
    private transient volatile Node head;
    // 尾结点
    private transient volatile Node tail;
    // 状态
    private volatile int state;
    // 自旋时间
    static final long spinForTimeoutThreshold = 1000L;
 
    // Unsafe类实例
    private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();
    // state内存偏移地址
    private static final long stateOffset;
    // head内存偏移地址
    private static final long headOffset;
    // state内存偏移地址
    private static final long tailOffset;
    // tail内存偏移地址
    private static final long waitStatusOffset;
    // next内存偏移地址
    private static final long nextOffset;
    // 静态初始化块
    static {
        try {
            stateOffset = unsafe.objectFieldOffset
                (AbstractQueuedSynchronizer.class.getDeclaredField("state"));
            headOffset = unsafe.objectFieldOffset
                (AbstractQueuedSynchronizer.class.getDeclaredField("head"));
            tailOffset = unsafe.objectFieldOffset
                (AbstractQueuedSynchronizer.class.getDeclaredField("tail"));
            waitStatusOffset = unsafe.objectFieldOffset
                (Node.class.getDeclaredField("waitStatus"));
            nextOffset = unsafe.objectFieldOffset
                (Node.class.getDeclaredField("next"));
 
        } catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }
    }
}

6.2.3.2 构造方法

protected AbstractQueuedSynchronizer() { }

6.2.3.3 类的核心方法 - acquire方法

该方法以独占模式获取(资源)，忽略中断，即线程在aquire过程中，中断此线程是无效的。源码如下:

public final void acquire(int arg) {
    if (!tryAcquire(arg) && acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
        selfInterrupt();  // 实现为Thread.currentThread().interrupt()，重设中断位
}

• 调用tryAcquire方法，调用此方法的线程会试图在独占模式下获取对象状态。此方法应该查询是否允许它在独占模式下获取对象状态，如果允许，则获取它。在AbstractQueuedSynchronizer源码中默认会抛出一个异常，即需要子类去重写此方法完成自己的逻辑。
• 若tryAcquire失败，则调用addWaiter方法，addWaiter方法完成的功能是将调用此方法的线程封装成为一个结点并放入Sync queue。
• 调用acquireQueued方法，此方法完成的功能是Sync queue中的结点不断尝试获取资源，若成功，则返回true，否则，返回false。

6.2.3.3.1 tryAcquire方法

AQS默认抛出UnsupportedOperationException异常，需要子类提供实现。

6.2.3.3.2 addWaiter方法

// 添加等待者
private Node addWaiter(Node mode) {
    // 新生成一个结点，默认为独占模式
    Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
    // Try the fast path of enq; backup to full enq on failure
    // 保存尾结点
    Node pred = tail;
    if (pred != null) { // 尾结点不为空，即已经被初始化
        // 将node结点的prev域连接到尾结点
        node.prev = pred; 
        if (compareAndSetTail(pred, node)) { // 比较pred是否为尾结点，是则将尾结点设置为node 
            // 设置尾结点的next域为node
            pred.next = node;
            return node; // 返回新生成的结点
        }
    }
    enq(node); // 尾结点为空(即还没有被初始化过)，或者是compareAndSetTail操作失败，则入队列
    return node;
}

addWaiter方法使用快速添加的方式往sync queue尾部添加结点，如果sync queue队列还没有初始化，则会使用enq插入队列中，enq方法源码如下

private Node enq(final Node node) {
    for (;;) { // 无限循环，确保结点能够成功入队列
        // 保存尾结点
        Node t = tail;
        if (t == null) { // 尾结点为空，即还没被初始化
            if (compareAndSetHead(new Node())) // 头节点为空，并设置头节点为新生成的结点
                tail = head; // 头节点与尾结点都指向同一个新生结点
        } else { // 尾结点不为空，即已经被初始化过
            // 将node结点的prev域连接到尾结点
            node.prev = t; 
            if (compareAndSetTail(t, node)) { // 比较结点t是否为尾结点，若是则将尾结点设置为node
                // 设置尾结点的next域为node
                t.next = node; 
                return t; // 返回尾结点
            }
        }
    }
}

enq方法会使用无限循环来确保节点的成功插入。

6.2.3.3.3 acquireQueue方法

• 判断结点的前驱是否为head并且是否成功获取(资源)。

• 若成功，则设置结点为head，并且返回中断标志false。
  若失败，则判断是否需要park当前线程。park当前线程的逻辑是判断结点的前驱结点的状态是否为SIGNAL。若是，则park当前结点，否则，不进行park操作。并将中断标志置为true。

• 若park了当前线程，之后某个线程对本线程unpark后，并且本线程也获得机会运行。那么，将会继续进行第一步的逻辑。

• 成功获取资源后，走finally判断再次检查是否成功。若失败则取消继续获取资源。

// sync队列中的结点在独占且忽略中断的模式下获取(资源)
final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
    // 标志
    boolean failed = true;
    try {
        // 中断标志
        boolean interrupted = false;
        for (;;) { // 无限循环
            // 获取node节点的前驱结点
            final Node p = node.predecessor(); 
            if (p == head && tryAcquire(arg)) { // 前驱为头节点并且成功获得锁
                setHead(node); // 设置头节点
                p.next = null; // help GC
                failed = false; // 设置标志
                return interrupted; 
            }
            if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                parkAndCheckInterrupt())
                interrupted = true;
        }
    } finally {
        if (failed)
            cancelAcquire(node);
    }
}

针对acquireQueue方法中涉及到的shouldParkAfterFailedAcquire/parkAndCheckInterrupt/cancelAcquire等方法实现，可参考JUC锁:锁核心类AQS讲解。

6.2.3.4 类的核心方法 - release方法

以独占模式释放对象，其源码如下:

public final boolean release(int arg) {
    if (tryRelease(arg)) { // 释放成功
        Node h = head; // 保存头节点
        if (h != null && h.waitStatus != 0) // 头节点不为空并且头节点状态不为0
            unparkSuccessor(h); //清理后继节点的状态，并且找到最前面的一个等待状态小于等于0的节点进行唤醒
        return true;
    }
    return false;
}

6.2.3.4.1 unparkSuccessor方法

private void unparkSuccessor(Node node) {
    /*
        * If status is negative (i.e., possibly needing signal) try
        * to clear in anticipation of signalling.  It is OK if this
        * fails or if status is changed by waiting thread.
        */
    // 获取node结点的等待状态
    int ws = node.waitStatus;
    if (ws < 0) // 状态值小于0，为SIGNAL -1 或 CONDITION -2 或 PROPAGATE -3
        // 比较并且设置结点等待状态，设置为0
        compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);
 
    /*
        * Thread to unpark is held in successor, which is normally
        * just the next node.  But if cancelled or apparently null,
        * traverse backwards from tail to find the actual
        * non-cancelled successor.
        */
    // 获取node节点的下一个结点
    Node s = node.next;
    if (s == null || s.waitStatus > 0) { // 下一个结点为空或者下一个节点的等待状态大于0，即为CANCELLED
        // s赋值为空
        s = null; 
        // 从尾结点开始从后往前开始遍历
        for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)
            if (t.waitStatus <= 0) // 找到等待状态小于等于0的结点，找到最前的状态小于等于0的结点
                // 保存结点
                s = t;
    }
    if (s != null) // 该结点不为为空，释放许可
        LockSupport.unpark(s.thread);
}

1. int ws = node.waitStatus;：获取当前节点 node 的等待状态 ws。

   • 如果等待状态小于0，即 ws < 0，表示可能需要唤醒后继节点，尝试将等待状态清零（compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0)）。

2. 获取后继节点 s = node.next;。

   • 如果后继节点 s 为空或者其等待状态大于0（即 s.waitStatus > 0），表示后继节点已经被取消（CANCELLED），需要在链表中找到实际的非取消后继节点。

3. 从尾节点向前遍历找到最前的等待状态小于等于0的节点，并将其赋值给 s。

   • 这样做是为了确保唤醒的是最前面等待的节点，保持公平性。

4. if (s != null)：如果找到了非取消的后继节点，使用 LockSupport.unpark(s.thread); 唤醒该节点对应的线程。

   • LockSupport.unpark(thread) 方法用于唤醒指定线程。

这个方法的主要工作就是处理节点的等待状态，找到最前的等待状态小于等于0的节点，并唤醒该节点。这是典型的等待唤醒机制，确保在释放锁的时候能够唤醒等待的线程。