学Java线程，你不知道什么是AQS？一文带你了解Java多线程同步的灵魂
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目录
- 一、导读
- 1.1 CLH锁
- 二、概览
- 三、使用场景
- 3.1 AQS 对资源的共享方式
- 四、原理
- 4.1 原理
- 五、 推荐阅读
一、导读
我们继续总结学习Java基础知识，温故知新。
1.1 CLH锁
CLH(Craig, Landin, and Hagersten locks)是一种自旋锁，能确保无饥饿性，提供先来先服务的公平性。
CLH锁是一种基于链表的可扩展、高性能、公平的自旋锁，申请线程只在本地变量上自旋，它不断轮询前驱的状态，如果发现前驱释放了锁就结束自旋。
二、概览
AbstractQueuedSynchronizer 是抽象队列同步器，是一种用来构建锁和同步器的框架。
AQS主要做了三件事情
- 同步状态的管理
- 线程的阻塞和唤醒
- 同步队列的维护
AQS 定义了同步器的基本操作，如获取、释放和状态管理，并提供了一个等待队列来管理等待资源的线程，解决了在实现同步器时涉及的大量细节问题，例如自定义标准同步状态、FIFO 同步队列。
基于 AQS 来构建同步器可以带来很多好处。它不仅能够极大地减少实现工作，而且也不必处理在多个位置上发生的竞争问题。
三、使用场景
AQS 是一个相对底层的同步器框架，对于一些常见的同步需求，Java 并发库已经提供了许多高级封装，如 ReentrantLock、ReadWriteLock、Semaphore 等，这些高级封装已经为我们提供了更简单易用的接口和功能。因此，在应用开发中，直接使用 AQS 的场景相对较少，更多的是通过使用它的子类来实现具体的同步机制。
常用的同步器有：
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独占锁（如 ReentrantLock）：AQS 提供了 acquire(int arg) 和 release(int arg) 等方法，开发人员可以继承 AQS 并实现自定义的同步器来实现独占锁。通过控制同步状态（通过 getState() 和 setState(int newState) 方法），以及管理等待线程（通过等待队列），AQS 可以提供可重入锁、公平锁等不同类型的独占锁。
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共享锁（如 ReadWriteLock）：AQS 也可以用于实现共享锁机制，例如 ReentrantReadWriteLock。通过 acquireShared(int arg) 和 releaseShared(int arg) 等方法，开发人员可以自定义实现共享锁的逻辑。AQS 提供了对多个读线程和写线程的管理和协调，以及对读线程的优化。
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实现其他同步工具：AQS 的框架还可以用于实现其他类似的同步工具，如信号量（Semaphore）、倒计时器（CountDownLatch）、循环屏障（CyclicBarrier）等。
通过继承 AQS 并自定义同步器的行为，可以实现不同的同步机制。
3.1 AQS 对资源的共享方式
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Exclusive(独占)：只有一个线程能执行，如ReentrantLock。
资源锁可分为公平锁和非公平锁：
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公平锁：按照线程在队列中的排队顺序（FIFO），先到者先拿到锁。
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非公平锁：当线程要获取锁时，无视队列顺序直接去抢锁，谁抢到就是谁的（被唤醒的线程和新来的线程重新竞争锁）。
- Share(共享)：多个线程可同时执行，如Semaphore/CountDownLatch。Semaphore、CountDownLatCh、 CyclicBarrier、ReadWriteLock 我们都会在后面讲到。
四、原理
AQS大致流程如下：
1、当某一线程获取锁后，将state值+1，并记录下当前持有锁的线程。
2、再有线程来获取锁时，判断这个线程与持有锁的线程是否是同一个线程，如果是，将state值再+1，如果不是，阻塞线程（调用 LockSupport.park(this)挂起线程）。
3、当线程释放锁时，将state值-1。
4、当state值减为0时，表示当前线程彻底释放了锁。
5、然后将记录当前持有锁的线程的那个字段设置为null，并唤醒其他线程，使其重新竞争锁
4.1 原理
AQS使用一个 Volatile的 int类型的成员 state 变量来表示同步状态，通过内置的FIFO队列来完成资源获取的排队工作（双向链表，多线程争用资源被阻塞时会进入此队列），然后通过CAS完成对State值的修改。
其并发控制的核心是锁的获取与释放，锁的实现方式有很多种，AQS采用的是一种改进的CLH锁。
当state=0表示释放了锁，当state>0表示获得锁 /** * The synchronization state. */ private volatile int state; 封装一个Node，包含前节点，后节点，组成一个双向队列。 private transient volatile Node head; private transient volatile Node tail;
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，仅存在结点之间的关联关系)。
AQS是将每条请求共享资源的线程封装成一个CLH锁队列（FIFO同步队列）的一个结点(Node)来实现锁的分配。
如果线程获取当前同步状态失败，AQS会将当前线程的信息封装成一个Node节点，加入同步队列中，并且阻塞该线程，当同步状态释放，则会将队列中的线程唤醒，重新尝试获取同步状态。
我们看下node源码：
static final class Node { /** 共享节点 */ static final Node SHARED = new Node(); /** 独占节点 */ static final Node EXCLUSIVE = null; 当前节点在队列中的状态 volatile int waitStatus; 前驱指针 volatile Node prev; 后继指针 volatile Node next; 表示处于该节点的线程 volatile Thread thread; 指向下一个处于CONDITION状态的节点 Node nextWaiter; }五、 推荐阅读
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