AQS（AbstractQueuedSynchronizer）是一個(gè)用于構(gòu)建鎖和同步器的框架汁政，許多同步器都可以通過AQS很容易并且高效的構(gòu)造出來。不僅Reentrant和Semaphore是基于AQS構(gòu)建的，還包括CountDownLatch寒瓦、ReentrantReadWriteLock、SynchronousQueue和FutureTask。
高層抽象
在基于AQS構(gòu)建的同步器類中诗良，最基本的操作包括各種形式的獲取操作和釋放操作。
獲取操作是一種依賴狀態(tài)的操作鲁驶，并且通常會(huì)阻塞直到達(dá)到了理想狀態(tài)鉴裹。如：
- 使用ReentrantLock時(shí)，“獲取”操作意味著“等待直到鎖可被獲取”。
- 使用Semaphore時(shí)径荔，“獲取”操作意味著“等待直到許可可被獲取”督禽。
- 使用CountDownLatch時(shí)，“獲取”操作意味著“等待直到閉鎖達(dá)到結(jié)束狀態(tài)”总处。
- 使用FutureTask時(shí)狈惫，“獲取”操作意味著“等待直到任務(wù)完成”。
釋放并不是一個(gè)可阻塞的操作鹦马，當(dāng)執(zhí)行“釋放”操作時(shí)胧谈，所有在請求時(shí)被阻塞的線程都會(huì)開始執(zhí)行。
內(nèi)部原理
狀態(tài)機(jī)
AQS提供了一個(gè)高效的狀態(tài)機(jī)模型荸频，用來管理同步器類中的狀態(tài)和菱肖。
狀態(tài)
AQS使用一個(gè)整數(shù)state以表示狀態(tài)，并通過getState旭从、setState及compareAndSetState等protected類型方法進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換稳强。巧妙的使用state，可以表示任何狀態(tài)和悦，如：
- ReentrantLock用state表示所有者線程已經(jīng)重復(fù)獲取該鎖的次數(shù)退疫。
- Semaphore用state表示剩余的許可數(shù)量。
- CountDownLatch用state表示閉鎖的狀態(tài)摹闽，如關(guān)閉蹄咖、打開。
- FutureTask用state表示任務(wù)的狀態(tài)付鹿，如尚未開始澜汤、正在運(yùn)行、已完成舵匾、已取消俊抵。
除了state，在同步器類中還可以自行管理一些額外的狀態(tài)變量坐梯。如：
- ReentrantLock保存了鎖的當(dāng)前所有者的信息徽诲，這樣就能區(qū)分某個(gè)獲取操作是重入的還是競爭的。
- FutureTask用result表示任務(wù)的結(jié)果吵血，該結(jié)果可能是計(jì)算得到的答案谎替，也可能是拋出的異常。
狀態(tài)轉(zhuǎn)換
狀態(tài)轉(zhuǎn)換則表現(xiàn)為不同的獲取操作和釋放操作蹋辅，其標(biāo)準(zhǔn)形式如下：
boolean acquire () throws InterruptedException {
while (當(dāng)前狀態(tài)不允許獲取操作) {
if (需要阻塞獲取請求) {
如果當(dāng)前線程不在隊(duì)列中钱贯，則將其插入隊(duì)列
阻塞當(dāng)前新城
}
else
返回失敗
}
可能更新同步器的狀態(tài)
如果當(dāng)前線程在隊(duì)列中，則將其移出隊(duì)列
返回成功
}
void release () {
更新同步器的狀態(tài)
if (新的狀態(tài)允許某個(gè)被阻塞的線程獲取成功)
接觸隊(duì)列中一個(gè)或多個(gè)線程的阻塞狀態(tài)
}
為什么10行只是“可能”侦另，而不是“必然”更新同步器的狀態(tài)呢秩命？因?yàn)楂@取同步器的某個(gè)線程可能對其他線程能否也獲取該同步器造成影響尉共，也可能不影響。如使用獨(dú)占的ReentrantLock時(shí)弃锐，一個(gè)線程獲取鎖后袄友，其他線程就不能再獲取鎖，于是需要更新同步器的狀態(tài)霹菊；但使用CountDownLatch時(shí)剧蚣，一個(gè)線程獲取閉鎖時(shí)（包括正在獲取和獲取后），不會(huì)影響其他線程能否獲取它浇辜，因此不需要更新同步器的狀態(tài)券敌。
一些約定
根據(jù)是否支持阻塞、是否支持獨(dú)占等柳洋，獲取操作和釋放操作都有多個(gè)實(shí)現(xiàn)待诅。獲取操作有acquire、acquireShared熊镣、tryAcquire卑雁、tryAcquireShared等，釋放操作有release绪囱、releaseShared测蹲、tryRelease、tryReleaseShared等鬼吵。
還有acquireNanos扣甲、acquireInterruptibly等實(shí)現(xiàn)，為了講解方便齿椅，暫時(shí)忽略它們琉挖。
不帶try前綴的方法是阻塞的（當(dāng)然release、releaseShared不是可阻塞的）涣脚，通過調(diào)用帶try前綴的相應(yīng)版本實(shí)現(xiàn)示辈，如acquire內(nèi)部調(diào)用tryAcquire并維護(hù)相關(guān)邏輯。AQS抽象類中提供了不帶try前綴的方法遣蚀，并以final修飾矾麻，在實(shí)現(xiàn)同步器時(shí)應(yīng)直接使用；需要覆寫的是帶try前綴的方法芭梯。對于這些方法险耀，約定通過返回值告知調(diào)用者（一般是AQS）獲取或釋放操作是否成功，一些特殊的值代表額外的信息：
- 對于tryAcquire玖喘，如果返回true胰耗，則表示獲取成功；否則返回false芒涡。
- 對于tryAcquireShared柴灯，如果返回一個(gè)負(fù)值，那么表示獲取操作失敗费尽，返回零值表示同步器通過獨(dú)占方式被獲取赠群，返回正值表示同步器通過非獨(dú)占方式被獲取。
- 對于tryRelease與tryReleaseShared方法來說旱幼，如果返回true查描，則表示已完全釋放，所有在獲取同步器時(shí)被阻塞的線程都可以被恢復(fù)執(zhí)行柏卤；否則返回false冬三。
要想基于AQS構(gòu)建同步器，就必須對上述四個(gè)方法爛熟于心缘缚。
總結(jié)
- state表示狀態(tài)勾笆，其他狀態(tài)需要自行維護(hù)
- 直接使用不帶try前綴的方法，并覆寫帶try前綴的方法
- 對于帶try前綴的方法桥滨，約定通過返回值告知調(diào)用者（一般是AQS）獲取或釋放操作的結(jié)果
本文雖短窝爪，且非常重要，是后文分析ReentrantLock等的基礎(chǔ)齐媒。同時(shí)蒲每，又是一個(gè)高效并發(fā)的經(jīng)典設(shè)計(jì)案例。
本文鏈接：AQS的基本原理
作者：猴子007
出處：https://monkeysayhi.github.io
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