目录1. AQS是什么？2. AQS核心思想2.1 基本框架2.1.1 资源state2.1.2 CLH双向队列2.2 AQS模板3. 源码分析3.1 acquire(int)3.1.1 tryAcquire(int)3.1.2 addWaiter(Node.EXCLUSIVE)3.1.3 acquireQueued(Node node, int arg)3.2 release(int)3.2.1 tryRelease(int)3.2.2 unparkSuccessor(h)3.3 acquireShared(int)和releaseShared(int)3.3.1 acquireShared(int)3.3.2 releaseShared(int)4. 面试问题模拟参考资料1. AQS是什么？

AQS定义了一套多线程访问共享资源的同步器框架，许多同步类实现都依赖于它，如常用的ReentrantLock。简单来说，AQS定义了一套框架，来实现同步类。

2. AQS核心思想2.1 基本框架

AQS的核心思想是对于共享资源，维护一个双端队列来管理线程，队列中的线程依次获取资源，获取不到的线程进入队列等待，直到资源释放，队列中的线程依次获取资源。AQS的基本框架如图所示：

(资料图片)

2.1.1 资源state

state变量表示共享资源，通常是int类型。

访问方法state类型用户无法直接进行修改，而需要借助于AQS提供的方法进行修改，即getState()、setState()、compareAndSetState()等。访问类型AQS定义了两种资源访问类型:独占（Exclusive）:一个时间点资源只能由一个线程占用；共享（Share）:一个时间点资源可以被多个线程共用。2.1.2 CLH双向队列

CLH队列是一种基于逻辑队列非线程饥饿的自旋公平锁，具体介绍可参考此篇博客。CLH中每个节点都表示一个线程，处于头部的节点获取资源，而其他资源则等待。

节点结构Node类源码如下所示：

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    // 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，也就是unpark    // 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    // 值为0，表示当前节点在sync队列中，等待着获取锁    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;    }}

Node的方法和属性值如图所示：其中,

waitStatus表示当前节点在队列中的状态；thread表示当前节点表示的线程；prev和next分别表示当前节点的前驱节点和后继节点；nextWaiterd当存在CONDTION队列时，表示一个condition状态的后继节点。waitStatus结点的等待状态是一个整数值，具体的参数值和含义如下所示：1-CANCELLED，表示节点获取锁的请求被取消，此时节点不再请求资源；0，是节点初始化的默认值；-1-SIGNAL,表示线程做好准备，等待资源释放；-2-CONDITION，表示节点在condition等待队列中，等待被唤醒而进入同步队列；-3-PROPAGATE，当前线程处于共享模式下的时候会使用该字段。2.2 AQS模板

AQS提供一系列结构，作为一个完整的模板，自定义的同步器只需要实现资源的获取和释放就可以，而不需要考虑底层的队列修改、状态改变等逻辑。使用AQS实现一个自定义同步器，需要实现的方法：

isHeldExclusively()：该线程是否独占资源，在使用到condition的时候会实现这一方法；tryAcquire(int)：独占模式获取资源的方式，成功获取返回true，否则返回false;tryRelease(int):独占模式释放资源的方式，成功获取返回true，否则返回false;tryAcquireShared(int)：共享模式获取资源的方式，成功获取返回true，否则返回false;tryReleaseShared(int)：共享模式释放资源的方式，成功获取返回true，否则返回false;

一般来说，一个同步器是资源独占模式或者资源共享模式的其中之一，因此tryAcquire(int)和tryAcquireShared(int)只需要实现一个即可，tryRelease(int)和tryReleaseShared(int)同理。但是同步器也可以实现两种模式的资源获取和释放，从而实现独占和共享两种模式。

3. 源码分析3.1 acquire(int)

acquire(int)是获取源码部分的顶层入口，源码如下所示：

public final void acquire(int arg) {    if (!tryAcquire(arg) && acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))        selfInterrupt();}

这段代码展现的资源获取流程如下：

tryAcquire()尝试直接去获取资源；获取成功则直接返回如果获取失败，则addWaiter()将该线程加入等待队列的尾部，并标记为独占模式；acquireQueued()使线程阻塞在等待队列中获取资源，一直获取到资源后才返回。

简单总结就是：

获取资源；失败就排队；排队要等待。

从上文的描述可见重要的方法有三个：tryAquire()、addWaiter()、acquireQueued()。下面将逐个分析其源码：

3.1.1 tryAcquire(int)

tryAcquire(int)是获取资源的方法，源码如下所示：

protected boolean tryAcquire(int arg) {      throw new UnsupportedOperationException();}

该方法是一个空方法，需要自定义同步器实现，因此在使用AQS实现同步器时，需要重写该方法。这也是“自定义的同步器只需要实现资源的获取和释放就可以”的体现。

3.1.2 addWaiter(Node.EXCLUSIVE)

addWaiter(Node.EXCLUSIVE)是将线程加入等待队列的尾部，源码如下所示：

private Node addWaiter(Node mode) {    //以给定模式构造结点。mode有两种：EXCLUSIVE（独占）和SHARED（共享）    //aquire()方法是独占模式，因此直接使用Exclusive参数。    Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);    //尝试快速方式直接放到队尾。    Node pred = tail;    if (pred != null) {        node.prev = pred;        if (compareAndSetTail(pred, node)) {            pred.next = node;            return node;        }    }    //上一步失败则通过enq入队。    enq(node);    return node;}

首先，使用模式将当前线程构造为一个节点，然后尝试将该节点放入队尾，如果成功则返回，否则调用enq(node)将节点放入队尾，最终返回当前节点的位置指针。其中，enq(node)方法是将节点加入队列的方法，源码如下所示：

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            }        }    }}

3.1.3 acquireQueued(Node node, int arg)

这部分源码是将线程阻塞在等待队列中，线程处于等待状态，直到获取到资源后才返回，源码如下所示：

// 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())//                //shouldParkAfterFailedAcquire只有当该节点的前驱结点的状态为SIGNAL时，才可以对该结点所封装的线程进行park操作。否则，将不能进行park操作。                //parkAndCheckInterrupt首先执行park操作，即禁用当前线程，然后返回该线程是否已经被中断                interrupted = true;        }    } finally {        if (failed)            cancelAcquire(node);    }}

acquireQueued(Node node, int arg)方法的主要逻辑如下：

获取node节点的前驱结点,判断前驱节点是不是头部节点head，有没有成功获取资源。如果前驱结点是头部节点head并且获取了资源，说明自己应该被唤醒，设置该节点为head节点等待下一个获得资源；如果前驱节点不是头部节点或者没有获取资源，则判断是否需要park当前线程，判断前驱节点状态是不是SIGNAL，是的话则park当前节点，否则不执行park操作；park当前节点之后，当前节点进入等待状态，等待被其他节点unpark操作唤醒。然后重复此逻辑步骤。3.2 release(int)

release(int)是释放资源的顶层入口方法，源码如下所示：

public final boolean release(int arg) {    if (tryRelease(arg)) { // 释放成功        // 保存头节点        Node h = head;         if (h != null && h.waitStatus != 0) // 头节点不为空并且头节点状态不为0            unparkSuccessor(h); //释放头节点的后继结点        return true;    }    return false;}

release(int)方法的主要逻辑如下：

尝试释放资源，如果释放成功则返回true，否则返回false；释放成功之后，需要调用unparkSuccessor(h)唤醒后继节点。

下面介绍两个重要的源码函数：tryRelease(int)和unparkSuccessor(h)。

3.2.1 tryRelease(int)

tryRelease(int)是释放资源的方法，源码如下所示：

protected boolean tryRelease(int arg) {    throw new UnsupportedOperationException();}

这部分是需要自定义同步器自己实现的，要注意的是返回值需要为boolean类型，表示释放资源是否成功。

3.2.2 unparkSuccessor(h)

unparkSuccessor(h)是唤醒后继节点的方法，源码如下所示：

private void unparkSuccessor(Node node) {    //这里，node一般为当前线程所在的结点。    int ws = node.waitStatus;    if (ws < 0)//置零当前线程所在的结点状态，允许失败。        compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);    Node s = node.next;//找到下一个需要唤醒的结点s    if (s == null || s.waitStatus > 0) {//如果为空或已取消        s = null;        for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev) // 从后向前找。            if (t.waitStatus <= 0)//从这里可以看出，<=0的结点，都是还有效的结点。                s = t;    }    if (s != null)        LockSupport.unpark(s.thread);//唤醒}

这部分主要是查找第一个还处于等待状态的节点，将其唤醒；查找顺序是从后往前找，这是因为CLH队列中的prev链是强一致的，从后往前找更加安全，而next链因为addWaiter()方法和cancelAcquire()方法的存在，不是强一致的，因此从前往后找可能会出现问题。这部分的具体解释可以参考参考文献-1

3.3 acquireShared(int)和releaseShared(int)3.3.1 acquireShared(int)

是使用共享模式获取共享资源的顶层入口方法，源码如下所示：

public final void acquireShared(int arg) {     if (tryAcquireShared(arg) < 0)         doAcquireShared(arg);}

流程如下：

通过tryAcquireShared(arg)尝试获取资源，如果获取成功则直接返回；如果获取资源失败，则调用doAcquireShared(arg)将线程阻塞在等待队列中，直到被unpark()/interrupt()并成功获取到资源才返回。

其中，tryAcquireShared(arg)是获取共享资源的方法，也是需要用户自己实现。

而doAcquireShared(arg)是将线程阻塞在等待队列中，直到获取到资源后才返回，具体流程和acquireQueued()方法类似，源码如下所示：

private void doAcquireShared(int arg) {    final Node node = addWaiter(Node.SHARED);//加入队列尾部    boolean failed = true;//是否成功标志    try {        boolean interrupted = false;//等待过程中是否被中断过的标志        for (;;) {            final Node p = node.predecessor();//前驱            if (p == head) {//如果到head的下一个，因为head是拿到资源的线程，此时node被唤醒，很可能是head用完资源来唤醒自己的                int r = tryAcquireShared(arg);//尝试获取资源                if (r >= 0) {//成功                    setHeadAndPropagate(node, r);//将head指向自己，还有剩余资源可以再唤醒之后的线程                    p.next = null; // help GC                    if (interrupted)//如果等待过程中被打断过，此时将中断补上。                        selfInterrupt();                    failed = false;                    return;                }            }            //判断状态，寻找安全点，进入waiting状态，等着被unpark()或interrupt()            if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&                parkAndCheckInterrupt())                interrupted = true;        }    } finally {        if (failed)            cancelAcquire(node);    }}

3.3.2 releaseShared(int)

releaseShared(int)是释放共享资源的顶层入口方法，源码如下所示：

public final boolean releaseShared(int arg) {    if (tryReleaseShared(arg)) {//尝试释放资源        doReleaseShared();//唤醒后继结点        return true;    }    return false;}

流程如下：

使用tryReleaseShared(arg)尝试释放资源，如果释放成功则返回true，否则返回false；如果释放成功，则调用doReleaseShared()唤醒后继节点。

下面介绍一下doReleaseShared()方法，源码如下所示：

private void doReleaseShared() {    for (;;) {        Node h = head;        if (h != null && h != tail) {            int ws = h.waitStatus;            if (ws == Node.SIGNAL) {                if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0))                    continue;                unparkSuccessor(h);//唤醒后继            }            else if (ws == 0 &&                     !compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE))                continue;        }        if (h == head)// head发生变化            break;    }}

4. 面试问题模拟

Q：AQS是接口吗？有哪些没有实现的方法？看过相关源码吗？

AQS定义了一个实现同步类的框架，实现方法主要有tryAquire和tryRelease，表示独占模式的资源获取和释放，tryAquireShared和tryReleaseShared表示共享模式的资源获取和释放。源码分析如上文所述。

参考资料Java并发之AQS详解 JUC锁: 锁核心类AQS详解从ReentrantLock的实现看AQS的原理及应用