死磕Java并發：J.U.C之AQS簡介

Java的内置鎖一直都是備受争議的，在JDK 1.6之前，synchronized這個重量級鎖其性能一直都是較為低下，雖然在1.6後，進行大量的鎖優化政策（死磕Java并發：深入分析synchronized的實作原理）,但是與Lock相比synchronized還是存在一些缺陷的：雖然synchronized提供了便捷性的隐式擷取鎖釋放鎖機制（基于JVM機制），但是它卻缺少了擷取鎖與釋放鎖的可操作性，可中斷、逾時擷取鎖，且它為獨占式在高并發場景下性能大打折扣。

在介紹Lock之前，我們需要先熟悉一個非常重要的元件，掌握了該元件JUC包，下面很多問題都不在是問題了。

該元件就是AQS。

AQS，AbstractQueuedSynchronizer，即隊列同步器。它是建構鎖或者其他同步元件的基礎架構（如ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock、Semaphore等），JUC并發包的作者（Doug Lea）期望它能夠成為實作大部分同步需求的基礎。它是JUC并發包中的核心基礎元件。

AQS解決了實作同步器時涉及當的大量細節問題，例如擷取同步狀态、FIFO同步隊列。基于AQS來建構同步器可以帶來很多好處，它不僅能夠極大地減少實作工作，而且也不必處理在多個位置上發生的競争問題。

在基于AQS建構的同步器中，隻能在一個時刻發生阻塞，進而降低上下文切換的開銷，提高了吞吐量。同時在設計AQS時充分考慮了可伸縮行，是以J.U.C中所有基于AQS建構的同步器均可以獲得這個優勢。

AQS的主要使用方式是繼承，子類通過繼承同步器并實作它的抽象方法來管理同步狀态。

AQS使用一個int類型的成員變量state來表示同步狀态，當state>0時表示已經擷取了鎖，當state = 0時表示釋放了鎖。它提供了三個方法（getState()、setState(int newState)、compareAndSetState(int expect,int update)）來對同步狀态state進行操作，當然AQS可以確定對state的操作是安全的。

AQS通過内置的FIFO同步隊列來完成資源擷取線程的排隊工作，如果目前線程擷取同步狀态失敗（鎖）時，AQS則會将目前線程以及等待狀态等資訊構造成一個節點（Node）并将其加入同步隊列，同時會阻塞目前線程，當同步狀态釋放時，則會把節點中的線程喚醒，使其再次嘗試擷取同步狀态。

AQS主要提供了如下一些方法：

1. getState()：傳回同步狀态的目前值；
2. setState(int newState)：設定目前同步狀态；
3. compareAndSetState(int expect, int update)：使用CAS設定目前狀态，該方法能夠保證狀态設定的原子性；
4. tryAcquire(int arg)：獨占式擷取同步狀态，擷取同步狀态成功後，其他線程需要等待該線程釋放同步狀态才能擷取同步狀态；
5. tryRelease(int arg)：獨占式釋放同步狀态；
6. tryAcquireShared(int arg)：共享式擷取同步狀态，傳回值大于等于0則表示擷取成功，否則擷取失敗；
7. tryReleaseShared(int arg)：共享式釋放同步狀态；
8. isHeldExclusively()：目前同步器是否在獨占式模式下被線程占用，一般該方法表示是否被目前線程所獨占；
9. acquire(int arg)：獨占式擷取同步狀态，如果目前線程擷取同步狀态成功，則由該方法傳回，否則，将會進入同步隊列等待，該方法将會調用可重寫的tryAcquire(int arg)方法；
10. acquireInterruptibly(int arg)：與acquire(int arg)相同，但是該方法響應中斷，目前線程為擷取到同步狀态而進入到同步隊列中，如果目前線程被中斷，則該方法會抛出InterruptedException異常并傳回；
11. tryAcquireNanos(int arg,long nanos)：逾時擷取同步狀态，如果目前線程在nanos時間内沒有擷取到同步狀态，那麼将會傳回false，已經擷取則傳回true；
12. acquireShared(int arg)：共享式擷取同步狀态，如果目前線程未擷取到同步狀态，将會進入同步隊列等待，與獨占式的主要差別是在同一時刻可以有多個線程擷取到同步狀态；
13. acquireSharedInterruptibly(int arg)：共享式擷取同步狀态，響應中斷；
14. tryAcquireSharedNanos(int arg, long nanosTimeout)：共享式擷取同步狀态，增加逾時限制；
15. release(int arg)：獨占式釋放同步狀态，該方法會在釋放同步狀态之後，将同步隊列中第一個節點包含的線程喚醒；
16. releaseShared(int arg)：共享式釋放同步狀态；

後面LZ将會就CLH隊列，同步狀态的擷取、釋放做詳細介紹。

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