靓仔靓女们好，咱们又见面了，我是 公众号：java 小杰要加油 ，现就职于京东，致力于分享 java 相干常识，包含但不限于并发、多线程、锁、mysql 以及 京东面试真题
AQS 介绍
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AQS 全称是AbstractQueuedSynchronizer，是一个形象队列同步器，JUC 并发包中的大部分的并发工具类，都是基于 AQS 实现的，所以了解了 AQS 就算是四舍五入把握了 JUC 了（好一个四舍五入学习法）那么 AQS 到底有什么神奇之处呢？有什么特点呢？让咱们明天就来拔光它，一探到底！
- state：代表被抢占的锁的状态
- 队列：没有抢到锁的线程会包装成一个 node 节点寄存到一个双向链表中
AQS 大略长这样，如图所示：
你说我轻易画的，我可不是轻易画的啊，我是有 bear 而来, 来看下 AQS 根本属性的代码
那么这个 Node 节点又蕴含什么呢？来吧，展现。
那么咱们就能够把这个队列变的更具体一点
怎么忽然进去个 exclusiveOwnerThread？还是保留以后取得锁的线程，哪里来的呢
还记得咱们 AQS 一开始继承了一个类吗
这个 exclusiveOwnerThread 就是它外面的属性
再次回顾总结一下，AQS 属性如下：
- state：代表被抢占的锁的状态
- exclusiveOwnerThread：以后取得锁的线程
-
队列：没有抢到锁的线程会包装成一个 node 节点寄存到一个双向链表中
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Node 节点：
* thread: 以后 node 节点包装的线程 * waitStatus：以后节点的状态 * pre: 以后节点的前驱节点 * next: 以后节点的后继节点 * nextWaiter: 示意以后节点对锁的模式，独占锁的话就是 null, 共享锁为 Node()
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好了，咱们对 AQS 大略是什么货色什么构造长什么样子有了个分明的认知，上面咱们间接上硬菜，从源码角度剖析下，AQS 加锁，它这个构造到底是怎么变动的呢？
注：以下剖析的都是独占模式下的加锁
- 独占模式 : 锁只容许一个线程取得 NODE.EXCLUSIVE
- 共享模式：锁容许多个线程取得 NODE.SHARED
AQS 加锁源码——acquire
public final void acquire(int arg) {if (!tryAcquire(arg) &&
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();}乍一看这是什么啊，没关系，咱们能够把它画成流程图不便咱们了解，流程图如下
上面咱们来一个一个剖析，图文并茂，来吧宝贝儿。
AQS 加锁源码——tryAcquire
protected boolean tryAcquire(int arg) {throw new UnsupportedOperationException();
}这是什么状况？怎么间接抛出了异样？其实这是由 AQS 子类重写的办法，就相似 lock 锁，由子类定义尝试获取锁的具体逻辑
咱们平时应用 lock 锁时往往如下（若不想看 lock 锁怎么实现的能够间接跳转到下一节）
ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
lock.lock();
try{//todo}finally {lock.unlock();
}咱们看下 lock.lock() 源码
public void lock() {sync.lock();
}这个 sync 又是什么呢，咱们来看下 lock 类的总体属性就好了
所以咱们来看下 默认非偏心锁的加锁实现
static final class NonfairSync extends Sync {
private static final long serialVersionUID = 7316153563782823691L;
final void lock() {
// 将 state 状态从 0 设为 1 CAS 形式
if (compareAndSetState(0, 1))
// 如果设定胜利的话，则将以后线程（就是本人）设为占有锁的线程
setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
else
// 设置失败的话，就以后线程没有抢到锁，而后进行 AQS 父类的这个办法
acquire(1);
}
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
// 调用非偏心锁的办法
return nonfairTryAcquire(acquires);
}
}当初压力又来到了 nonfairTryAcquire(acquires) 这里
final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
// 取得以后线程
final Thread current = Thread.currentThread();
// 取得以后锁的状态
int c = getState();
// 如果锁的状态是 0 的话，就表明还没有线程获取到这个锁
if (c == 0) {
// 进行 CAS 操作，将锁的状态改为 acquires，因为是可重入锁，所以这个数字可能是 >0 的数字
if (compareAndSetState(0, acquires)) {
// 将以后持有锁的线程设为本人
setExclusiveOwnerThread(current);
// 返回 获取锁胜利
return true;
}
}// 如果以后锁的状态不是 0，判断以后获取锁的线程是不是本人，如果是的话
else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
// 则重入数加 acquires（这里 acquires 是 1）1->2 3->4 这样
int nextc = c + acquires;
if (nextc < 0) // overflow 异样检测
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
// 将锁的状态设为以后值
setState(nextc);
// 返回获取锁胜利
return true;
}
// 以后获取锁的线程不是本人，获取锁失败，返回
return false;
}由此可见，回到方才的问题，AQS 中的 tryAcquire 是由子类实现具体逻辑的
AQS 加锁源码——addWaiter
如果咱们获取锁失败的话，就要把以后线程包装成一个 Node 节点，那么具体是怎么包装的呢，也须要化妆师经纪人吗？
咱们来看下源码就晓得了addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg) 这就代表增加的是独占模式的节点
private Node addWaiter(Node mode) {
// 将以后线程包装成一个 Node 节点
Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
// 申明一个 pred 指针指向尾节点
Node pred = tail;
// 尾节点不为空
if (pred != null) {
// 将以后节点的前置指针指向 pred
node.prev = pred;
//CAS 操作将以后节点设为尾节点，tail 指向以后节点
if (compareAndSetTail(pred, node)) {
//pred 下一节点指针指向以后节点
pred.next = node;
// 返回以后节点（此时以后节点就曾经是尾节点）return node;
}
}
// 如果尾节点为空或者 CAS 操作失败
enq(node);
return node;
}其中 node 的构造函数是这样的
Node(Thread thread, Node mode) { // Used by addWaiter
this.nextWaiter = mode;
this.thread = thread;
}咱们能够通过图解的办法来更直观的来看下 addWaiter 做了什么
由图可知，如果已经尾节点不为空的时候，node 节点会退出到队列开端，那么如果已经尾节点为空或者 CAS 失败调用 enq(node); 会怎么样呢？
AQS 加锁源码——enq
private Node enq(final Node node) {
// 死循环，直到有返回值
for (;;) {
// 申明一个 t 的指针指向 tail
Node t = tail;
// 如果尾巴节点为空
if (t == null) { // Must initialize
// 则 CAS 设置一个节点为头节点（头节点并没有包装线程！）这也是提早初始化头节点
if (compareAndSetHead(new Node()))
// 将尾指针指向头节点
tail = head;
} else { // 如果尾节点不为空，则阐明这是 CAS 失败
// 将 node 节点前驱节点指向 t
node.prev = t;
// 持续 CAS 操作将本人设为尾节点
if (compareAndSetTail(t, node)) {
// 将 t 的 next 指针指向本人（此时本人真的是尾节点了）t.next = node;
// 返回本人节点的前置节点, 队列的倒数第二个
return t;
}
}
}
}- 队列中的 头节点 ，是 提早初始化 的，加锁时用到的时候才去输入话，并不是一开始就有这个头节点的
- 头节点并不保留任何线程
end 尾分叉
// 将 node 节点前驱节点指向 t
node.prev = t; 1
// 持续 CAS 操作将本人设为尾节点
if (compareAndSetTail(t, node)) { 2
// 将 t 的 next 指针指向本人（此时本人真的是尾节点了）t.next = node; 3
// 返回本人节点的前置节点, 队列的倒数第二个
return t;
}咱们留神到，enq函数有下面三行代码，3 是在 2 执行胜利后才会执行的，因为咱们这个代码无时无刻都在并发执行，存在一种可能就是
1 执行胜利，2 执行失败（cas 并发操作），3 没有执行，所以就只有一个线程 1,2,3 都执行胜利，其余线程 1 执行胜利，2，3 没有执行胜利，呈现尾分叉状况，如图所示
这些分叉失败的节点，在当前的循环中他们还会执行 1，直总会指向新的尾节点，1，2，3 这么执行，早晚会入队
AQS 加锁源码——acquireQueued
final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
// 是否有异样产生
boolean failed = true;
try {
// 中断标记
boolean interrupted = false;
// 开始自旋，要么以后线程尝试去拿到锁，要么抛出异样
for (;;) {
// 取得以后节点的上一个节点
final Node p = node.predecessor();
// 判断这个节点是不是头节点，如果是头节点则获取锁
if (p == head && tryAcquire(arg)) {
// 将此节点设为头节点
setHead(node);
// 原来的头节点出队
p.next = null; // help GC
failed = false;
// 返回是否中断
return interrupted;
}
// 阐明 p 不是头节点
// 或者
// p 是头节点然而获取锁失败
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
// 中断标记设为 true
interrupted = true;
}
} finally {
// 如果有异样产生的话
if (failed)
// 勾销以后线程竞争锁，将以后 node 节点状态设置为 cancel
cancelAcquire(node);
}
}其中有一行代码是setHead(node);
private void setHead(Node node) {
head = node;
node.thread = null; // 将 head 节点的线程置为空
node.prev = null;
}- 为什么要将头节点的线程置为空呢，是因为在
tryAcquire(arg)中就曾经记录了以后获取锁的线程了，在记录就多此一举了，咱们看前文中提到的nonfairTryAcquire(acquires)其中有一段代码
if (compareAndSetState(0, acquires)) {
// 将以后持有锁的线程设为本人
setExclusiveOwnerThread(current);
// 返回 获取锁胜利
return true;
}可见 setExclusiveOwnerThread(current); 就曾经记录了取得锁的线程了
咱们 acquireQueued 返回值是中断标记，true 示意中断过，false 示意没有中断过，还记得咱们一开始吗，回到最后的终点
public final void acquire(int arg) {if (!tryAcquire(arg) &&
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();}如果返回了 true, 代表此线程有中断过，那么调用 selfInterrupt(); 办法，将以后线程中断一下
static void selfInterrupt() {Thread.currentThread().interrupt();}AQS 加锁源码——shouldParkAfterFailedAcquire
程序运行到这里就阐明
// 阐明 p 不是头节点
// 或者
// p 是头节点然而获取锁失败
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
// 中断标记设为 true
interrupted = true;
}咱们来剖析下 shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) 的源码外面到底做了什么？
private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
// 获取以后节点的前置节点的状态
int ws = pred.waitStatus;
if (ws == Node.SIGNAL)
// 如果是 SIGNAL（-1）状态间接返回 true, 代表此节点能够挂起
// 因为前置节点状态为 SIGNAL 在适当状态 会唤醒后继节点
return true;
if (ws > 0) {
// 如果是 cancelled
do {
// 则从后往前依此跳过 cancelled 状态的节点
node.prev = pred = pred.prev;
} while (pred.waitStatus > 0);
// 将找到的符合标准的节点的后置节点指向以后节点
pred.next = node;
} else {
// 否则将前置节点期待状态设置为 SIGNAL
compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);
}
return false;
}其中的 node.prev = pred = pred.prev; 能够看成
pred = pred.prev;
node.prev = pred;
可见一顿操作后，队列中跳过了节点状态为 cancelled 的节点
AQS 加锁源码——parkAndCheckInterrupt
当 shouldParkAfterFailedAcquire 返回 true 时就代表容许以后线程挂起而后就执行 parkAndCheckInterrupt()这个函数
private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
// 挂起以后线程 线程卡在这里不再下执行，直到 unpark 唤醒
LockSupport.park(this);
return Thread.interrupted();}所以以后线程就被挂起啦
AQS 加锁源码——cancelAcquire
咱们还记得前文中提到 acquireQueued 中的一段代码
try { } finally {if (failed)
cancelAcquire(node);
}这是抛出异样时解决节点的代码，上面来看下源代码
private void cancelAcquire(Node node) {
// 过滤掉有效节点
if (node == null)
return;
// 以后节点线程置为空
node.thread = null;
// 获取以后节点的前一个节点
Node pred = node.prev;
// 跳过勾销的节点
while (pred.waitStatus > 0)
node.prev = pred = pred.prev;
// 记录过滤后的节点的后置节点
Node predNext = pred.next;
// 将以后节点状态改为 CANCELLED
node.waitStatus = Node.CANCELLED;
// 如果以后节点是 tail 尾节点 则将从后往前找到第一个非勾销状态的节点设为 tail 尾节点
if (node == tail && compareAndSetTail(node, pred)) {
// 如果设置胜利，则 tail 节点前面的节点会被设置为 null
compareAndSetNext(pred, predNext, null);
} else {
int ws;
// 如果以后节点不是首节点的后置节点
if (pred != head && // 并且
// 如果前置节点的状态是 SIGNAL
((ws = pred.waitStatus) == Node.SIGNAL || // 或者
// 状态小于 0 并且设置状态为 SIGNAL 胜利
(ws <= 0 && compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL))) &&
// 并且前置节点线程不为 null 时
pred.thread != null) {
// 记录下以后节点的后置节点
Node next = node.next;
// 如果后置节点不为空 并且后置节点的状态小于 0
if (next != null && next.waitStatus <= 0)
// 把以后节点的前驱节点的后继指针指向以后节点的后继节点
compareAndSetNext(pred, predNext, next);
} else {
// 唤醒以后节点的下一个节点
unparkSuccessor(node);
}
// 将以后节点下一节点指向本人
node.next = node; // help GC
}
}看起来太简单了，不过没关系，咱们能够拆开看，其中有这一段代码
// 以后节点线程置为空
node.thread = null;
// 获取以后节点的前一个节点
Node pred = node.prev;
// 跳过勾销的节点
while (pred.waitStatus > 0)
node.prev = pred = pred.prev;
// 记录过滤后的节点的后置节点
Node predNext = pred.next;
// 将以后节点状态改为 CANCELLED
node.waitStatus = Node.CANCELLED;如图所示
通过 while 循环从后往前找到 signal 状态的节点，跳过两头 cancelled 状态的节点，同时将以后节点状态改为 CANCELLED
咱们能够把这简单的判断条件转换成图来直观的看一下
- 以后节点是尾节点时, 队列变成这样
- 以后节点是 head 后继节点
- 以后节点不是尾节点也不是头节点的后继节点（队列中的某个一般节点）
总结
太不容易了家人们，终于到了这里，咱们再来 总结一下整体的流程
public final void acquire(int arg) {if (!tryAcquire(arg) &&
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();}1. 基于 AQS 实现的子类去实现 tryAcquire 尝试获取锁
2. 如果获取锁失败，则把以后节点通过 addWaiter 办法包装成 node 节点插入队列
- 如果尾节点为空或者 CAS 操作失败则调用
enq办法保障胜利插入到队列，若节点为空则初始化头节点
3.acquireQueued办法，入队后的节点持续获取锁（此节点的前置节点是头节点）或者挂起
-
shouldParkAfterFailedAcquire判断节点是否应该挂起- 如果以后节点的前置节点是 signal 状态，则返回 true, 能够挂起
- 如果以后节点的前置节点是 cancelled，则队列会从以后节点的前一个节点开始从后向前遍历跳过 cacelled 状态的节点，将以后节点和非 cacelled 状态的节点连接起来，返回 false, 不能够挂起
- 否则将前置节点期待状态设置为 SIGNAL，返回 false, 不能够挂起
parkAndCheckInterrupt挂起以后线程cancelAcquire将以后节点状态改为 cancelld
selfInterrupt();设置中断标记，将中断补上
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