Java 基本功之AQS

前言

在之前的文章《Java 基本功 之 CAS》中介绍了CAS的概念以及原理，今天来介绍 Java concurrent.locks 包 中的基础组件AQS - AbstractQueuedSynchronizer类。看到这里，也许你会感到些许陌生，心想：这家伙是干啥的？怎么从来没见过？能用来干什么？别急，下面一一解惑。

AQS 简介

AQS(AbstractQueuedSynchronizer) 是 Java concurrent lock 包中最基础的组件。最常见 ReentrantLock 锁就是在其基础上实现的，我们知道 ReentrantLock 有以下几个特性：

公平，非公平模式。

可重入性。

…

那么，这些特性在底层是如何实现的呢？

首先我们来看 ReentrantLock 类图，如下：

图(1) ReentrantLock 类图

解释：

通过上述类图，我们知道：在 ReentrantLock 中：有 FairSync (实现公平锁)， NofairSync (实现非公平锁)。而其两者均继承自Sync类，Sync 类又继承自AbstractQueuedSynchroizer。AbstractQueuedSynchroizer 接口继承 AbstractOwnableSynchroinzer 以及实现 Serializable 接口。

代码如下所示：

NonfairSync 类源码如下所示：

FairSync 类源码如下所示：

无论是 NonfairSync 还是 FairSync 类，在其 lock 方法中，均有 acquire() 方法，该方法是其父类AbstractQueuedSynchronizer中的方法，源码如下所示：

解释：

tryAcquire 方法为抽象方法，由其子类进行实现，其含义为独享锁获取， true 表示获取成功。

addWaiter 方法表示添加一个 EXCLUSIVE 模式的 Node 节点到队列中，并返回当前节点。

acquireQueued 表示在队列中循环获取锁。

以 FairSync 锁为例，其 tryAcquire 函数其实现如下所示：

addWaiter 代码如下所示：

其中 enq 方法为添加Node到FIFO双向队列中

acquireQueued 代码如下所示：

selfInterupt 代码如下:

上面的代码并不多，但这恰恰就是 ReentrantLock 代码的实现，之所以这么简洁，其得益于底层的 AbstractQueuedSynchronizer 类。

源码

通过上面 ReentrantLock 源码的介绍，我们还是有些疑问，其中包括但不限于:

state 字段代表什么？

Node 节点 有哪些模式？

waitStatus 有哪些状态？

AQS 底层数据结构是怎样的？

…

下面我们一一进行介绍解答：

AQS 底层数据结构是CLH(Craig, Landin, and Hagersten) 变种的FIFO双向链表，AQS 类图如下所示：

图(2) AQS 类图

由于篇幅原因，没有显示完整的方法列表。如有兴趣的童鞋，可在源码中查看。

双向链表图, 如下所示：

图(3) 链表类图

其节点由其自定义的Node类构成，Node节点类图如下所示：

图(4) Node 类图

其中:

Node 模式有：

SHARED(共享)， EXCLUSIVE (独占) 两种模式。

waitStatus 有以下几种状态：

state 字段表示持锁状态，0 表示未持锁，大于 0 表示持锁数，lock 则 增加 state 的值，unLock 则减少 state 的值，直至 state 为0 时，则unLock完成。

其中在AQS类初始化时，代码如下：

封装CAS方法：

结语

AQS 提供的是锁的基础组件，其用法由上层组装实现。其主要的子类有: ReentrantLock，CountDownLatch， Semaphore 也基于其自定义锁。

参考文章：

《JDK1.8 AbstractQueuedSynchronizer 的实现分析（上） 》

《JDK1.8 AbstractQueuedSynchronizer 的实现分析（下）》

《从ReentrantLock的实现看AQS的原理及应用》

《不得不说的Java琐事》