1、AQS 是什么？

AQS 是類 AbstractQueuedSynchronizer的簡稱，也是常用鎖的基類，比如常見的ReentrantLock，Semaphore，CountDownLatch 等等。

AQS提供了一種實(shí)現(xiàn)阻塞鎖和一系列依賴FIFO等待隊(duì)列的同步器的框架。是Java提供的一種模板，一般在現(xiàn)有同步器無法完成的時(shí)候可以自行擴(kuò)展。當(dāng)然也可以自己實(shí)現(xiàn)，不過既然有現(xiàn)成的為什么還要自己瞎雞兒寫。

2、AQS 模型

注意：圖來自網(wǎng)上，具體的原地點(diǎn)在哪我也不知道。如果有問題可以聯(lián)系我。

解釋：整個(gè)模型相當(dāng)于在食堂吃飯，只開了一個(gè)窗口，只有一個(gè)打飯的師傅（state），所有想要吃飯的線程必須排隊(duì)等待，直到輪到自己。

AQS就是基于隊(duì)列，用共享變量state，線程通過CAS去改變狀態(tài)符，成功則獲取鎖成功，失敗則進(jìn)入等待隊(duì)列，等待被喚醒。代碼解決現(xiàn)實(shí)問題，現(xiàn)實(shí)問題催生解決方案。

3、AQS state

state 代表 共享資源和一個(gè)FIFO線程等待隊(duì)列（多線程爭用資源被阻塞時(shí)會(huì)進(jìn)入此隊(duì)列）。

state的訪問方式有三種:

• getState()
• setState()
• compareAndSetState()

4、AQS 兩種資源共享方式：

1.Exclusive：獨(dú)占，只有一個(gè)線程能執(zhí)行，如ReentrantLock

2.Share：共享，多個(gè)線程可以同時(shí)執(zhí)行，如Semaphore、CountDownLatch、ReadWriteLock，CyclicBarrier。

5、模板方式實(shí)現(xiàn)自定義

不同的自定義同步器爭用共享資源的方式也不同。自定義同步器在實(shí)現(xiàn)時(shí)只需要實(shí)現(xiàn)共享資源state的獲取與釋放方式即可，至于具體線程等待隊(duì)列的維護(hù)（如獲取資源失敗入隊(duì)/喚醒出隊(duì)等），AQS已經(jīng)在頂層實(shí)現(xiàn)好了。自定義時(shí)主要實(shí)現(xiàn)以下幾種方法：

• isHeldExclusively()：該線程是否正在獨(dú)占資源。只有用到condition才需要去實(shí)現(xiàn)它。
• tryAcquire(int)：獨(dú)占方式。嘗試獲取資源，成功則返回true，失敗則返回false。
• tryRelease(int)：獨(dú)占方式。嘗試釋放資源，成功則返回true，失敗則返回false。
• tryAcquireShared(int)：共享方式。嘗試獲取資源。負(fù)數(shù)表示失??；0表示成功，但沒有剩余可用資源；正數(shù)表示成功，且有剩余資源。
• tryReleaseShared(int)：共享方式。嘗試釋放資源，如果釋放后允許喚醒后續(xù)等待結(jié)點(diǎn)返回true，否則返回false。

以ReentrantLock為例，state初始化為0，表示未鎖定狀態(tài)。A線程lock()時(shí)，會(huì)調(diào)用tryAcquire()獨(dú)占該鎖并將state+1。此后，其他線程再tryAcquire()時(shí)就會(huì)失敗，直到A線程unlock()到state=0（即釋放鎖）為止，其它線程才有機(jī)會(huì)獲取該鎖。當(dāng)然，釋放鎖之前，A線程自己是可以重復(fù)獲取此鎖的（state會(huì)累加），這就是可重入的概念。但要注意，獲取多少次就要釋放多么次，這樣才能保證state是能回到零態(tài)的。

再以CountDownLatch以例，任務(wù)分為N個(gè)子線程去執(zhí)行，state也初始化為N（注意N要與線程個(gè)數(shù)一致）。這N個(gè)子線程是并行執(zhí)行的，每個(gè)子線程執(zhí)行完后countDown()一次，state會(huì)CAS減1。等到所有子線程都執(zhí)行完后(即state=0)，會(huì)unpark()主調(diào)用線程，然后主調(diào)用線程就會(huì)從await()函數(shù)返回，繼續(xù)后余動(dòng)作。

一般來說，自定義同步器要么是獨(dú)占方法，要么是共享方式，他們也只需實(shí)現(xiàn)tryAcquire-tryRelease、tryAcquireShared-tryReleaseShared中的一種即可。但AQS也支持自定義同步器同時(shí)實(shí)現(xiàn)獨(dú)占和共享兩種方式，如ReentrantReadWriteLock。

6、鎖的分類:公平鎖和非公平鎖，樂觀鎖和悲觀鎖

• 公平鎖：當(dāng)線程A獲取訪問該對象，獲取到鎖后，此時(shí)內(nèi)部存在一個(gè)計(jì)數(shù)器num+1，其他線程想訪問該對象，就會(huì)進(jìn)行排隊(duì)等待(等待隊(duì)列最前一個(gè)線程處于待喚醒狀態(tài))，直到線程A釋放鎖(num = 0)，此時(shí)會(huì)喚醒處于待喚醒狀態(tài)的線程進(jìn)行獲取鎖的操作，一直循環(huán)。如果線程A再次嘗試獲取該對象鎖時(shí)，會(huì)檢查該對象鎖釋放已經(jīng)被占用，如果還是當(dāng)前線程占用鎖，則直接獲得鎖，不用進(jìn)入排隊(duì)。
• 非公平鎖：當(dāng)線程A在釋放鎖后，等待對象的線程會(huì)進(jìn)行資源競爭，競爭成功的線程將獲取該鎖，其他線程繼續(xù)睡眠。

公平鎖是嚴(yán)格的以FIFO的方式進(jìn)行鎖的競爭，但是非公平鎖是無序的鎖競爭，剛釋放鎖的線程很大程度上能比較快的獲取到鎖，隊(duì)列中的線程只能等待，所以非公平鎖可能會(huì)有“饑餓”的問題。但是重復(fù)的鎖獲取能減小線程之間的切換，而公平鎖則是嚴(yán)格的線程切換，這樣對操作系統(tǒng)的影響是比較大的，所以非公平鎖的吞吐量是大于公平鎖的，這也是為什么JDK將非公平鎖作為默認(rèn)的實(shí)現(xiàn)。

• 悲觀鎖：總是假設(shè)最壞的情況，每次想要使用數(shù)據(jù)的時(shí)候就恰好別人也要修改數(shù)據(jù)，一切是以安全第一，所以在每次操作資源的時(shí)候都會(huì)先加鎖，不管有沒有人搶，然后獨(dú)占資源。Java中synchronized和ReentrantLock等獨(dú)占鎖就是悲觀鎖思想的實(shí)現(xiàn)
• 樂觀鎖：樂觀鎖和悲觀鎖剛好相反，自己使用資源的時(shí)候沒有人搶，所以不需要上鎖。樂觀鎖的實(shí)現(xiàn)方案一般來說有兩種：版本號機(jī)制 和 CAS實(shí)現(xiàn) 。樂觀鎖多適用于多度的應(yīng)用類型，這樣可以提高吞吐量。

7、CAS

CAS(Compare And Swap)，即比較并交換。是解決多線程并行情況下使用鎖造成性能損耗的一種機(jī)制，CAS操作包含三個(gè)操作數(shù)——內(nèi)存位置（V）、預(yù)期原值（A）和新值(B)。如果內(nèi)存位置的值與預(yù)期原值相匹配，那么處理器會(huì)自動(dòng)將該位置值更新為新值。否則，處理器不做任何操作。無論哪種情況，它都會(huì)在CAS指令之前返回該位置的值。CAS有效地說明了“我認(rèn)為位置V應(yīng)該包含值A(chǔ)；如果包含該值，則將B放到這個(gè)位置；否則，不要更改該位置，只告訴我這個(gè)位置現(xiàn)在的值即可。sun.misc.Unsafe 類提供了硬件級別的原子操作來實(shí)現(xiàn)這個(gè)CAS。java.util.concurrent 包下的大量類都使用了這個(gè) Unsafe.java 類的CAS操作。Unsafe 包是C++的接口實(shí)現(xiàn)，直接可以訪問計(jì)算機(jī)的內(nèi)存等敏感操作，所以標(biāo)記為Unsafe。

CAS 是直接調(diào)用計(jì)算機(jī)的硬件指令，是硬件級別的線程同步，也是一種樂觀鎖。

8、總結(jié)

從整體上說了下AQS，沒有深入到代碼層級，先理解思想，后看具體實(shí)現(xiàn)。你理解了嗎？下期具體分析一個(gè)CountDownLatch 源碼，從細(xì)節(jié)理解AQS。

本篇文章就到這里了，希望能對你有所幫助，也希望您能夠多多關(guān)注腳本之家的更多內(nèi)容！

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