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提供了一種實現(xiàn)阻塞鎖和一系列依賴FIFO等待隊列的同步器的框架。是Java提供的一種模板，一般在現(xiàn)有同步器無法完成的時候可以自行擴展。當(dāng)然也可以自己實現(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，具體的原地點在哪我也不知道。如果有問題可以聯(lián)系我。

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

AQS就是基于隊列，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)入等待隊列，等待被喚醒。代碼解決現(xiàn)實問題，現(xiàn)實問題催生解決方案。

3、AQS state

state 代表 共享資源和一個FIFO線程等待隊列（多線程爭用資源被阻塞時會進(jìn)入此隊列）。

state的訪問方式有三種:

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

4、AQS 兩種資源共享方式：

1.Exclusive：獨占，只有一個線程能執(zhí)行，如ReentrantLock

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

5、模板方式實現(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。自定義同步器在實現(xiàn)時只需要實現(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列的維護(hù)（如獲取資源失敗入隊/喚醒出隊等），AQS已經(jīng)在頂層實現(xiàn)好了。自定義時主要實現(xiàn)以下幾種方法：

• isHeldExclusively()：該線程是否正在獨占資源。只有用到condition才需要去實現(xiàn)它。
• tryAcquire(int)：獨占方式。嘗試獲取資源，成功則返回true，失敗則返回false。
• tryRelease(int)：獨占方式。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，會調(diào)用tryAcquire()獨占該鎖并將state+1。此后，其他線程再tryAcquire()時就會失敗，直到A線程unlock()到state=0（即釋放鎖）為止，其它線程才有機會獲取該鎖。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個子線程去執(zhí)行，state也初始化為N（注意N要與線程個數(shù)一致）。這N個子線程是并行執(zhí)行的，每個子線程執(zhí)行完后countDown()一次，state會CAS減1。等到所有子線程都執(zhí)行完后(即state=0)，會unpark()主調(diào)用線程，然后主調(diào)用線程就會從await()函數(shù)返回，繼續(xù)后余動作。

一般來說，自定義同步器要么是獨占方法，要么是共享方式，他們也只需實現(xiàn)tryAcquire-tryRelease、tryAcquireShared-tryReleaseShared中的一種即可。但AQS也支持自定義同步器同時實現(xiàn)獨占和共享兩種方式，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，此時內(nèi)部存在一個計數(shù)器num+1，其他線程想訪問該對象，就會進(jìn)行排隊等待(等待隊列最前一個線程處于待喚醒狀態(tài))，直到線程A釋放鎖(num = 0)，此時會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，會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。
• 非公平鎖：當(dāng)線程A在釋放鎖后，等待對象的線程會進(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，隊列中的線程只能等待，所以非公平鎖可能會有“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候都會先加鎖，不管有沒有人搶，然后獨占資源。Java中synchronized和ReentrantLock等獨占鎖就是悲觀鎖思想的實現(xiàn)
• 樂觀鎖：樂觀鎖和悲觀鎖剛好相反，自己使用資源的時候沒有人搶，所以不需要上鎖。樂觀鎖的實現(xiàn)方案一般來說有兩種：版本號機制 和 CAS實現(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制，CAS操作包含三個操作數(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，那么處理器會自動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放到這個位置；否則，不要更改該位置，只告訴我這個位置現(xiàn)在的值即可。sun.misc.Unsafe 類提供了硬件級別的原子操作來實現(xiàn)這個CAS。java.util.concurrent 包下的大量類都使用了這個 Unsafe.java 類的CAS操作。Unsafe 包是C++的接口實現(xiàn)，直接可以訪問計算機的內(nèi)存等敏感操作，所以標(biāo)記為Unsafe。

CAS 是直接調(diào)用計算機的硬件指令，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，后看具體實現(xiàn)。你理解了嗎？下期具體分析一個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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