java AQS同步队列

AQS 同步队列

1、AQS 介绍

AQS 是 AbstractQueuedSynchronizer 的缩写，他是一个抽象同步类，为 JUC 包下的大多数同步工具提供了核心实现，例如 ReentrantLock 的底层就是使用同步队列。AQS 提供一套基础的机制来实现线程的同步、阻塞与唤醒、等待队列等功能，也就是想要深入学习线程工具类，这个同步队列就必须得掌握。

1.1、类图关系

下面是整个 AQS 的类结构实现（从源码中直接打印的图，平常学习源码也可以这样打印出来观察整个程序的运行情况，有助于理解），从图中我们不难发现 AQS 内部持有两个 Node 类型的 head 、tail 属性，我们在什么时候会接触到头尾节点的定义，大家都是有经验的开发人员，肯定都能想到是链表当中。

在属性列中我们可以看见一个 state:int 这样的一个状态字段，Lock 的重入特性就是根据此来实现的，可以表示当前线程的锁重入次数。整个类继承自 AbstractOwnableSynchronizer 类，自然拥有对于其父类中属性的一些控制权，而里面的 Thraed 的线程就是表示当前持有锁的线程，在整个锁过程中具有很重要的地位。

1.2、节点剖析

当然链表只是一种组织存储形式的一种数据结构，这里叫做 FIFO 双向队列，至于为什么是双向的呢，看一下 Node 的节点定义就能明白，一个节点中含有 prev 、next 节点来快速访问前驱和后继节点，不就是典型的双向形式呢。

相信大家在看到这个类字段的属性名定义之后就能才出来其的作用，但是这里还是介绍一下主要的几个字段含义，印证大家的猜想。

2、AQS 实现原理

上面我们知道了 AQS 其实就是一个双向的队列，如下图的结构一样。在线程获取锁失败的情况下，会被封装成一个 Node 节点而插入到队列当中；当其他的线程释放锁之后又会从队列中唤醒一个节点去争抢锁。

2.1、队列初始化

通过源码我们可以发现，在 AQS 进行初始化的时候的并没有对 head 、tail 进行初始化，而这两个节点是控制整个队列的，也就是说一开始整个队列处于 null 状态。

protected AbstractQueuedSynchronizer() {}

当第一个线程争抢锁失败之后会封装成 Node 进入到同步队列当中，这个时候就会进行判断，如果当前队列为空就会进行初始化（未进行初始化），初始化完成之后就将当前线程节点接在队列的尾部。

private final void initializeSyncQueue() {
    Node h;
    if (HEAD.compareAndSet(this, (Void)null, h = new Node())) {
        this.tail = h;
    }
}

2.2、追加节点

追加节点的操作就是简单的链表尾部添加节点的过程了，这里就不做过多的赘述。这里来看看前面初始化时会添加一个额外的节点在队列中，其实这个节点就是代表当前已经获取了锁的线程，至于为什么这么设置，大家往后看就明白了。

3、AQS 唤醒动作

在进行线程唤醒的过程中，会优先唤醒当前持有锁线程的下一个节点线程。

• head 指针指向下一个节点；
• 原来头结点的 next 指向 null；
• 当前头结点的 prev 指向 null；
• 当前头结点的 thread 指向 null。

这样就完成线程的唤醒操作了，但是这样来讲其实是不完美的，因为 AQS 只是一个抽象的统一工具，本身并没有对业务进行规范，还是要结合具体的实现类，例如 ReentrantLock 、CountDownLatch 、CyclicBarrier 这些的执行过程来进行分析。