多线程之AQS_多线程aqs

一、AQS简介

AQS（AbstractQuenedSynchronizer）抽象的队列式同步器。AQS定义了一套多线程访问共享资源的同步器框架，许多同步类实现都依赖于它，如常用的ReentrantLock/Semaphore/CountDownLatch…。是除了java自带的synchronized关键字之外的锁机制。，这个类在java.util.concurrent.locks包。

二、框架

AQS的核心思想是，如果被请求的共享资源空闲，则将当前请求资源的线程设置为有效的工作线程，并将共享资源设置为锁定状态，如果被请求的共享资源被占用，那么就需要一套线程阻塞等待以及被唤醒时锁分配的机制，这个机制AQS是用CLH队列锁实现的，即将暂时获取不到锁的线程加入到队列中。
CLH（Craig，Landin，and Hagersten）队列是一个虚拟的双向队列，虚拟的双向队列即不存在队列实例，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一个CLH锁队列的一个结点（Node），来实现锁的分配。

用大白话来说，AQS就是基于CLH队列，用volatile修饰共享变量state，线程通过CAS去改变状态符，成功则获取锁成功，失败则进入等待队列，等待被唤醒。
**注意：AQS是自旋锁：**在等待唤醒的时候，经常会使用自旋（while(!cas())）的方式，不停地尝试获取锁，直到被其他线程获取成功
实现了AQS的锁有：自旋锁、互斥锁、读锁写锁、条件产量、信号量、栅栏都是AQS的衍生物

它维护了一个volatile int state（代表共享资源）和一个FIFO线程等待队列（多线程争用资源被阻塞时会进入此队列）。
1、state的访问方式有三种:
（1） getState()
（2） setState()
（3）compareAndSetState()
2、AQS定义两种资源共享方式：
（1）Exclusive（独占，只有一个线程能执行，如ReentrantLock）
（2）Share：共享，多个线程可以同时执行，如Semaphore、CountDownLatch、ReadWriteLock，CyclicBarrier

不同的自定义同步器争用共享资源的方式也不同。自定义同步器在实现时只需要实现共享资源state的获取与释放方式即可。自定义同步器实现时主要实现以下几种方法：
（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。

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。
　　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。

三、具体流程

1.AQS结构

2.Node节点
　Node结点是对每一个等待获取资源的线程的封装，其包含了需要同步的线程本身及其等待状态，如是否被阻塞、是否等待唤醒、是否已经被取消等。变量waitStatus则表示当前Node结点的等待状态，共有5种取值CANCELLED、SIGNAL、CONDITION、PROPAGATE、0。

CANCELLED(1)：表示当前结点已取消调度。当timeout或被中断（响应中断的情况下），会触发变更为此状态，进入该状态后的结点将不会再变化。

SIGNAL(-1)：表示后继结点在等待当前结点唤醒。后继结点入队时，会将前继结点的状态更新为SIGNAL。

CONDITION(-2)：表示结点等待在Condition上，当其他线程调用了Condition的signal()方法后，CONDITION状态的结点将从等待队列转移到同步队列中，等待获取同步锁。

PROPAGATE(-3)：共享模式下，前继结点不仅会唤醒其后继结点，同时也可能会唤醒后继的后继结点。

0：新结点入队时的默认状态。

注意，负值表示结点处于有效等待状态，而正值表示结点已被取消。所以源码中很多地方用>0、<0来判断结点的状态是否正常。

3.ReentrantLock加锁
（1）尝试加锁
（2）加锁失败,线程入队列
（3）线程入队列后,进入阻塞状态
注意：ReentrantLock默认使用的是非公平锁。
公平锁和非公平锁区别：
公平锁：遵循FIFO（先进先出）原则的，先到的线程会优先获取资源，后到的会进行排队等待
非公平锁：不论是否有等待队列，如果可以获得锁对象，立刻占有锁对象。

4.AQS六个操作

1、抢锁
（1）看锁标志位 state默认0，抢到锁改为1。
CAS保证只有一个线程能改成功
（2）有线程抢锁，
1、抢锁的是不是已经占有锁的线程，是，重入锁 state+1 ，为了释放的记录unlock 的次数。
2、不是，抢锁失败
3、优化：看等待区有没有人，有人说明被占用了。

临界区，线程执行结束有线程直接插队抢到锁，非公平

2、入队
CLH算法
AQS队列
如果队列中没有节点Node，生产2个节点
普通队列
没节点，生成1个
尾部插入
中间插入 ：AQS中不存在这个操作
入队之后
第二个节点线程继续抢锁
上闹钟
阻塞

3、释放锁

4、出队
被唤醒的线程做
特殊情况，唤醒失败。 重新排队

5、阻塞

6、唤醒

引用原文链接：

https://www.cnblogs.com/waterystone/p/4920797.html

https://blog.csdn.net/qq_50695280/article/details/115099872