AQS加锁机制Synchronized
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在并发多线程的情况下，为了保证数据安全性，一般我们会对数据进行加锁，通常使用Synchronized或者ReentrantLock同步锁。Synchronized是基于JVM实现，而ReentrantLock是基于Java代码层面实现的，底层是继承的AQS。
AQS全称 AbstractQueuedSynchronizer ，即抽象队列同步器，是一种用来构建锁和同步器的框架。
我们常见的并发锁ReentrantLock、CountDownLatch、Semaphore、CyclicBarrier都是基于AQS实现的，所以说不懂AQS实现原理的，就不能说了解Java锁。
当我仔细研究AQS底层加锁原理，发现竟然跟Synchronized加锁原理有惊人的相似。让我突然想到一句名言，记不清怎么说了，意思是框架底层原理很相似，大家多学习底层原理。
Synchronized的加锁流程在前几篇文章已经详细讲过，没看过一块再温习一下。
1. Synchronized加锁流程
我们先想一下Synchronized的加锁需求，如果让你设计Synchronized的对象锁存储结构，该怎么设计？
- 多个线程执行到Synchronized代码块，只有一个线程获取锁，然后执行同步代码块（需要记录哪个线程获取了对象锁）。
- 其他线程被阻塞（被阻塞的线程，是不是可以用链表设计个阻塞队列？）
- 持有锁的线程调用wait方法，释放锁，等待被唤醒（等待的线程，是不是可以用链表设计个等待队列？）。
- 被阻塞的线程开始竞争锁
- 调用notify方法，唤醒等待的线程，被唤醒的线程进入阻塞队列，一块竞争锁。
上面描述了Synchronized的加锁流程，Synchronized的对象锁存储结构是不是跟咱们想的一样？实际就是的。
下面是对象锁的存储数据结构（由C++实现）：
ObjectMonitor() {
_header = NULL;
_count = 0;
_waiters = 0,
_recursions = 0;
_object = NULL;
_owner = NULL; // 持有锁的线程
_WaitSet = NULL; // 等待队列，存储处于wait状态的线程
_WaitSetLock = 0 ;
_Responsible = NULL ;
_succ = NULL ;
_cxq = NULL ;
FreeNext = NULL ;
_EntryList = NULL ; // 阻塞队列，存储处于等待锁block状态的线程
_SpinFreq = 0 ;
_SpinClock = 0 ;
OwnerIsThread = 0 ;
}
上图展示了对象锁的基本工作机制：
- 当多个线程同时访问一段同步代码时，首先会进入 _EntryList队列中阻塞。
- 当某个线程获取到对象的对象锁后进入临界区域，并把对象锁中的 _owner变量设置为当前线程，即获得对象锁。
- 若持有对象锁的线程调用 wait() 方法，将释放当前持有的对象锁，_owner变量恢复为null，同时该线程进入 _WaitSet 集合中等待被唤醒。
- 在_WaitSet集合中的线程被唤醒，会被再次放到_EntryList队列中，重新竞争获取锁。
- 若当前线程执行完毕也将释放对象锁并复位变量的值，以便其他线程进入获取锁。
Synchronized对象锁存储结构和加锁流程，竟然跟咱们想的一样。
再看一下ReentrantLock的存储结构和加锁流程，有没有相似的地方。
2. AQS加锁原理
先分析一下，我们使用AQS的加锁需求：
- 多个线程执行到ReentrantLock.lock方法的时候，只有一个线程获取锁，然后执行同步代码块（需要记录哪个线程获取了对象锁）。
- 其他线程被阻塞（被阻塞的线程，是不是可以用链表设计个阻塞队列？名叫”同步队列“？）
- 持有锁的线程调用await方法，释放锁，等待被唤醒（等待的线程，是不是可以用链表设计个等待队列？名叫”条件队列“？）。
- 被阻塞的线程开始竞争锁
- 调用signal方法，唤醒等待的线程，被唤醒的线程进入阻塞队列，一块竞争锁。
AQS的需求跟Synchronized一模一样。
我们再看一下AQS实际的加锁机制是怎么设计的？是不是跟Synchronized相似？
AQS的加锁流程并不复杂，只要理解了同步队列和条件队列，以及它们之间的数据流转，就算彻底理解了AQS。
- 当多个线程竞争AQS锁时，如果有个线程获取到锁，就把ower线程设置为自己
- 没有竞争到锁的线程，在同步队列中阻塞（同步队列采用双向连接，尾插法）。
- 持有锁的线程调用await方法，释放锁，追加到条件队列的末尾（条件队列采用单链条，尾插法）。
- 持有锁的线程调用signal方法，唤醒条件队列的头节点，并转移到同步队列的末尾。
- 同步队列的头节点优先获取到锁
可以看到AQS和Synchronized的加锁流程几乎是一模一样的，AQS中同步队列就是Synchronized中EntryList，AQS中条件队列就是Synchronized中的waitSet，两个队列之间的数据转移流程也是一样的。
3. 总结
AQS跟Synchronized的加锁流程是一样的，都是通过同步队列和条件队列实现的，阻塞状态的线程被放到同步队列中，等待状态的线程被放到条件队列中，从条件队列唤醒的线程又被转移到同步队列末尾，一块竞争锁。
看完AQS加锁流程，还没有人不懂AQS的？
下篇文章再讲一下AQS加锁具体的源码实现。里面有很多精巧的设计，值得我们学习。
比如：
为什么同步队列要设计成双向链表？而条件队列要设计成单链表？
为什么AQS加锁性能这么好（乐观锁CAS使用）？
同步队列和条件队列中节点怎么用一个对象实现？
释放锁后，怎么唤醒同步队列中线程？
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