AQS框架之南风北巷

AQS框架

1.AQS原理
AQS（AbstractQueuedSynchronizer）：抽象式队列同步器，是除java自带的Synchronized关键字之外的锁机制。
2.AQS的核心思想
如果请求共享资源时，共享资源处于空闲状态，那么久设当前请求共享资源的线程为有效的线程，并且将共享资源设置为锁定状态。如果请求时共享资源被其他线程占用，那么需要一套可以防止线程阻塞等待及被唤醒时锁分配的机制，这个机制就是AQS，它通过CLH队列锁来实现的，也就是将暂时获取不到共享资源的线程加入到队列中。
简单介绍一下！！
CLH：是一个虚拟的双向队列，不存在队列实例，仅存在节点之间的关联关系。
AQS是将每一条请求共享资源的线程封装成CLH锁队列的一个节点，来实现锁分配的（也可以理解：AQS就是基于CLH队列，用volatile修饰共享变量state，线程通过CAS去改变状态负，成功则获取锁成功，失败则进入等待队列，等待被唤醒。）
3.实现AQS的锁有？
自旋锁、互斥锁、读锁、写锁
4.AQS的具体实现方式

如图示，AQS维护了一个volatile int state和一个FIFO线程等待队列，多线程争用资源被阻塞的时候就会进入这个队列。state就是共享资源，其访问方式有如下三种：
getState()、setState()、compareAndSetState();
5.AQS定义资源共享方式
Exclusive：独占，只有一个线程能执行，如ReentrantLock
Share：共享，多个线程可以同时执行，如Semaphore、CountDownLatch、ReadWriteLock，CyclicBarrier
6.AQS使用了底层模板方法模式
6.1同步器的设计是基于模板的，如需要自定义同步器一般：
使用者继承AbstractQueuedSynchronizer并重写指定方法。（对共享方法state的获取和释放）
将AQS组合在自定义同步组件中实现，并调用模板方法，而这些模板方法会调用使用者重写的方法。
自定义同步器在实现的时候只需要实现共享资源state的获取和释放方式即可，至于具体线程等待队列的维护，AQS已经在顶层实现好了。
6.2自定义同步器实现的时候主要实现下面几种方法：
（1）isHeldExclusively()：该线程是否正在独占资源。只有用到condition才需要去实现它。
（2）tryAcquire(int)：独占方式。尝试获取资源，成功则返回true，失败则返回false。
（3）tryRelease(int)：独占方式。尝试释放资源，成功则返回true，失败则返回false。
（4）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。
（5）tryReleaseShared(int)：共享方式。尝试释放资源，如果释放后允许唤醒后续等待结点返回true，否则返回false。
（6）ReentrantLock为例，（可重入独占式锁）：state初始化为0，表示未锁定状态，A线程lock()时，会调用tryAcquire()独占锁并将state+1.之后其他线程再想tryAcquire的时候就会失败，直到A线程unlock（）到state=0为止，其他线程才有机会获取该锁。A释放锁之前，自己也是可以重复获取此锁（state累加），这就是可重入的概念。
注意：获取多少次锁就要释放多少次锁，保证state是能回到零态的。

以CountDownLatch为例，任务分N个子线程去执行，state就初始化为N，N个线程并行执行，每个线程执行完之后countDown（）一次，state就会CAS减一。当N子线程全部执行完毕，state=0，会unpark()主调用线程，主调用线程就会从await()函数返回，继续之后的动作。
一般来说，自定义同步器要么是独占方法，要么是共享方式，他们也只需实现tryAcquire-tryRelease、tryAcquireShared-tryReleaseShared中的一种即可。但AQS也支持自定义同步器同时实现独占和共享两种方式，如ReentrantReadWriteLock。
　在acquire() acquireShared()两种方式下，线程在等待队列中都是忽略中断的，acquireInterruptibly()/acquireSharedInterruptibly()是支持响应中断的。

class Mutex implements Lock, java.io.Serializable {// 自定义同步器private static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {// 判断是否锁定状态protected boolean isHeldExclusively() {return getState() == 1;}// 尝试获取资源，立即返回。成功则返回true，否则false。public boolean tryAcquire(int acquires) {assert acquires == 1; // 这里限定只能为1个量if (compareAndSetState(0, 1)) {//state为0才设置为1，不可重入！setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());//设置为当前线程独占资源return true;}return false;}// 尝试释放资源，立即返回。成功则为true，否则false。protected boolean tryRelease(int releases) {assert releases == 1; // 限定为1个量if (getState() == 0)//既然来释放，那肯定就是已占有状态了。只是为了保险，多层判断！throw new IllegalMonitorStateException();setExclusiveOwnerThread(null);setState(0);//释放资源，放弃占有状态return true;}}// 真正同步类的实现都依赖继承于AQS的自定义同步器！private final Sync sync = new Sync();//lock<-->acquire。两者语义一样：获取资源，即便等待，直到成功才返回。public void lock() {sync.acquire(1);}//tryLock<-->tryAcquire。两者语义一样：尝试获取资源，要求立即返回。成功则为true，失败则为false。public boolean tryLock() {return sync.tryAcquire(1);}//unlock<-->release。两者语文一样：释放资源。public void unlock() {sync.release(1);}//锁是否占有状态public boolean isLocked() {return sync.isHeldExclusively();}
}

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