本文作者：黄海燕，叩丁狼高级讲师。原创文章，转载请注明出处。
AQS队列同步器英文全称AbstractQueuedSynchronizer，这是一个抽象类，为什么我们今天需要学习这个抽象类呢？这个抽象类它的神奇之处到底是什么呢？我们一起来掀开它的神奇面纱吧！
什么是AQS（AbstractQueuedSynchronizer）？
AQS关系.png
AQS中文翻译为同步器，Lock接口的实现类基本都是通过包含AQS子类对象来完成线程访问控制的。比如说Lock中的获取锁和释放锁操作。说白了就是一把抽象的锁。
Lock通过调用AQS子类的lock方法实现获取锁，unlock方法实现释放锁。
lock方法.png
unlock方法.png
1.1 AQS源码分析
1.1.1类字段分析：
private transient volatile Node head;
private transient volatile Node tail;
private volatile int state;
protected final int getState() {
return state;
}
protected final void setState(int newState) {
state = newState;
}
protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
}
1）我们可以看到字段中其实最主要的就是一个volatile 修饰的state（状态），state用于标记锁状态。
2）compareAndSetState方法是使用CAS算法修改state保证state修改时的数据安全。
3）head和tail表示队列的头和尾，也就是锁该类将线程和线程状态封装成一个节点Node存入到同步队列中，结构如下：
叩丁狼教育.png
AQS定义两种资源共享方式：Exclusive（独占，只有一个线程能执行，如ReentrantLock）和Share（共享，多个线程可同时执行，如Semaphore/CountDownLatch）。
1.1.2方法分析：
叩丁狼教育.png
AQS定义两种资源共享方式：Exclusive（独占，只有一个线程能执行，如ReentrantLock）和Share（共享，多个线程可同时执行，如Semaphore/CountDownLatch）。
tryAcquire(int)：独占方式。尝试获取资源，成功则返回true，失败则返回false。
tryRelease(int)：独占方式。尝试释放资源，成功则返回true，失败则返回false。
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。
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。
以ReentrantLock为例，state初始化为0，表示未锁定状态。A线程lock()时，会调用tryAcquire()独占该锁并将state+1。此后，其他线程再tryAcquire()时就会失败，直到A线程unlock()到state=0（即释放锁）为止，其它线程才有机会获取该锁。当然，释放锁之前，A线程自己是可以重复获取此锁的（state会累加），这就是可重入的概念。但要注意，获取多少次就要释放多么次，这样才能保证state是能回到零态的。
再以CountDownLatch以例，任务分为N个子线程去执行，state也初始化为N（注意N要与线程个数一致）。这N个子线程是并行执行的，每个子线程执行完后countDown()一次，state会CAS减1。等到所有子线程都执行完后(即state=0)，会unpark()主调用线程，然后主调用线程就会从await()函数返回，继续后余动作。
1.1.3锁类型分析：
叩丁狼教育.png
1）公平锁能保证：老的线程排队使用锁，新线程仍然排队使用锁。 2）非公平锁保证：老的线程排队使用锁；但是无法保证新线程抢占已经在排队的线程的锁。
注意：ReentrantLock初始化默认为非公平锁，非公平锁减少了线程的挂起和恢复运行效率高于公平锁。公平锁可以解决饥饿发生。
1.1.4获取锁操作分析：
final void lock() {//获取锁
if (compareAndSetState(0, 1))//获取锁成功
setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());//独占锁
else
acquire(1);//其他线程尝试获取锁
}
acquire****方法：
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1）tryAcquire()尝试直接去获取资源，如果成功则直接返回；
2）addWaiter()将该线程加入等待队列的尾部，并标记为独占模式；
3）acquireQueued()****方法;重新竞争同步锁
final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
boolean failed = true;
try {
boolean interrupted = false;
for (;;) {//自旋
final Node p = node.predecessor();//获取当前节点的上一个节点
if (p == head && tryAcquire(arg)) {//上一节点为头节点和获取尝试获取锁成功
setHead(node);//上一个节点已经获取到锁，将当前阶段设置为头节点，下一次就由自己获取锁
p.next = null; // 头节点获取到锁离开队列
failed = false;
return interrupted;//返回中断状态
}
//不是头节点或者获取不到锁
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) && parkAndCheckInterrupt())
interrupted = true;
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}
shouldParkAfterFailedAcquire****方法：
private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
int ws = pred.waitStatus;
if (ws == Node.SIGNAL)//如果上一节点被唤醒，当前节点就进入等待
return true;
if (ws > 0) {//如果上一节点线程被取消了
do {
node.prev = pred = pred.prev;//当前阶段尝试跳过上一节点，插个队
} while (pred.waitStatus > 0);
pred.next = node;
} else {
compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);//尝试将上一个节点设置为唤醒状态
}
return false;
}
parkAndCheckInterrupt****方法：
private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
LockSupport.park(this);//线程进入等待状态
return Thread.interrupted();//线程唤醒后，检查自己是否真的处于中断状态，注意：interrupted会清除中断状态
}
1）selfInterrupt()，自我中断，当前线程调用了interrupt方法
流程图如下：
叩丁狼教育.png
16.1.5 释放锁操作分析
release****方法：
public final boolean release(int arg) {
if (tryRelease(arg)) {//尝试释放锁
Node h = head;
if (h != null && h.waitStatus != 0)//头节点不为null并且等待状态不是为没有状态
unparkSuccessor(h);//唤醒头节点的后面一个节点
return true;
}
return false;
}
tryRelease****方法：
protected final boolean tryRelease(int releases) {
int c = getState() - releases;//重入锁state大于1，需要调用两次unlock方法，释放两次
if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())//如果独占锁不是当前需要释放的线程，抛出异常
throw new IllegalMonitorStateException();
boolean free = false;
if (c == 0) {
free = true;
setExclusiveOwnerThread(null);//独占锁设置为null，释放锁
}
setState(c);
return free;
}
unparkSuccessor****方法：
private void unparkSuccessor(Node node) {
int ws = node.waitStatus;
if (ws < 0)//等待状态，不是被取消的状态
compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);//CAS修改回到最初的状态，没有等待的状态下
Node s = node.next;
if (s == null || s.waitStatus > 0) {//各种等待情况下
s = null;
//从队尾开始找不为空和不是当前节点的节点，直到找到当前节点的后面一个节点位置
for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)
if (t.waitStatus <= 0)//如果t为等待状态下
s = t;//s设置为t，拿到t这个节点
}
if (s != null)//唤醒当前节点的下一个节点
LockSupport.unpark(s.thread);
}
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