1.3.1 AQS抽象队列同步器详解

什么是AQS

AQS(AbstractQueuedSynchronizer)，AQS是JDK下提供的一套用于实现基于FIFO等待队列的阻塞锁和相关的同步器的一个同步框架。这个抽象类被设计为作为一些可用原子int值来表示状态的同步器的基类。如果你有看过类似 CountDownLatch 类的源码实现，会发现其内部有一个继承了 AbstractQueuedSynchronizer 的内部类 Sync 。可见 CountDownLatch 是基于AQS框架来实现的一个同步器.类似的同步器在JUC下还有不少。(eg. Semaphore )

AQS用法

如上所述，AQS管理一个关于状态信息的单一整数，该整数可以表现任何状态。比如， Semaphore 用它来表现剩余的许可数，ReentrantLock 用它来表现拥有它的线程已经请求了多少次锁；FutureTask 用它来表现任务的状态(尚未开始、运行、完成和取消)

如JDK的文档中所说，使用AQS来实现一个同步器需要覆盖实现如下几个方法，并且使用getState,setState,compareAndSetState这几个方法来设置获取状态

boolean tryAcquire(int arg)
boolean tryRelease(int arg)
int tryAcquireShared(int arg)
boolean tryReleaseShared(int arg)
boolean isHeldExclusively()
以上方法不需要全部实现，根据获取的锁的种类可以选择实现不同的方法

J.U.C是基于AQS（AbstractQueuedSynchronizer）实现的，AQS是一个同步器，设计模式是模板模式。
核心数据结构：双向链表 + state(锁状态)
底层操作：CAS

在这里插入图片描述

首先，我们根据API的方法功能，由我们前面阶段学习的知识进行一个自己定义的AQS，来加深印象。

// 抽象队列同步器
// state， owner， waiters
public class kfAqs {
    // acquire、 acquireShared ： 定义了资源争用的逻辑，如果没拿到，则等待。
    // tryAcquire、 tryAcquireShared ： 实际执行占用资源的操作，如何判定一个由使用者具体去实现。
    // release、 releaseShared ： 定义释放资源的逻辑，释放之后，通知后续节点进行争抢。
    // tryRelease、 tryReleaseShared： 实际执行资源释放的操作，具体的AQS使用者去实现。

    // 1、 如何判断一个资源的拥有者
    public volatile AtomicReference<Thread> owner = new AtomicReference<>();
    // 2、 保存正在等待的线程
    public volatile LinkedBlockingQueue<Thread> waiters = new LinkedBlockingQueue<>();
    // 3、 记录资源的状态
    public volatile AtomicInteger state = new AtomicInteger(0);

    // 共享资源占用的逻辑，返回资源的占用情况
    public int tryAcquireShared(){
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
    
    public void acquireShared(){
        boolean addQ = true;
        while(tryAcquireShared() < 0) {
            if (addQ) {
                // 没拿到锁，加入到等待集合
                waiters.offer(Thread.currentThread());
                addQ = false;
            } else {
                // 阻塞 挂起当前的线程，不要继续往下跑了
                LockSupport.park(); // 伪唤醒，就是非unpark唤醒的
            }
        }
        waiters.remove(Thread.currentThread()); // 把线程移除
    }

    // 共享资源释放的逻辑，返回资源是否已释放
    public boolean tryReleaseShared(){
        throw new UnsupportedOperationException();
    }

    public void releaseShared(){
        if (tryReleaseShared()) {
            // 通知等待者
            Iterator<Thread> iterator = waiters.iterator();
            while (iterator.hasNext()) {
                Thread next = iterator.next();
                LockSupport.unpark(next); // 唤醒
            }
        }
    }

    // 独占资源相关的代码

    public boolean tryAcquire() { // 交给使用者去实现。 模板方法设计模式
        throw new UnsupportedOperationException();
    }

    public void acquire() {
        boolean addQ = true;
        while (!tryAcquire()) {
            if (addQ) {
                // 没拿到锁，加入到等待集合
                waiters.offer(Thread.currentThread());
                addQ = false;
            } else {
                // 阻塞 挂起当前的线程，不要继续往下跑了
                LockSupport.park(); // 伪唤醒，就是非unpark唤醒的
            }
        }
        waiters.remove(Thread.currentThread()); // 把线程移除
    }

    public boolean tryRelease() {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }

    public void release() { // 定义了 释放资源之后要做的操作
        if (tryRelease()) {
            // 通知等待者
            Iterator<Thread> iterator = waiters.iterator();
            while (iterator.hasNext()) {
                Thread next = iterator.next();
                LockSupport.unpark(next); // 唤醒
            }
        }
    }

    public AtomicInteger getState() {
        return state;
    }

    public void setState(AtomicInteger state) {
        this.state = state;
    }
}

资源占用流程图