1. 前言
AQS 的全称为 AbstractQueuedSynchronizer ，翻译过来的意思就是抽象队列同步器。这个类在 java.util.concurrent.locks 包下面。AQS为Java的并发包提供了强大的同步支持。通过内置的FIFO队列来完成资源获取线程的排队工作，并且利用一个被volatile关键字修饰的int类型的变量表示同步状态。AQS 为构建锁和同步器提供了一些通用功能的实现，许多同步类实现都依赖于它，如常用的ReentrantLock、Semaphore等。
2. AOS、AQS、AQLS的区别
AOS(AbstractOwnableSynchronizer) : JDK1.6时发布的，是AQS和AQLS的父类，这个类的主要作用是表示持有者与锁之间的关系。
AQS(AbstractQueuedSynchronizer) ：JDK1.5时发布，抽象队列同步器，是一个用来构建锁和同步器的框架，使用 AQS 能简单且高效地构造出应用广泛的同步器，诸如：ReentrantLock，Semaphore，ReentrantReadWriteLock，SynchronousQueue等等皆是基于 AQS 的。AQS 内部使用了一个 volatile 的变量 state（int类型） 来作为资源的标识。
AQLS(AbstractQueuedLongSynchronizer) ：这个类诞生于JDK1.6，原因时上述的int类型的state资源，在当下的业务场景中，资源数量有可能超过int范围，因此，便诞生了这个类，采用Long类型的state。
//AQS中共享变量，使用volatile修饰保证线程可见性 private volatile int state; //AQLS中共享变量，采用long类型 private volatile long state;
3. AQS的底层原理
以上我们大致的介绍了一下AQS是什么，其实在很多面试中都会提及AQS，可能被问到最多的就是：“麻烦介绍一下AQS的底层原理？”，很多同学都浅尝辄止，今天我就来总结下AQS的底层实现
3.1. 核心思想
核心思想大概如下：在多线程访问共享资源时，若标识的共享资源空闲，则将当前获取到共享资源的线程设置为有效工作线程，共享资源设置为锁定状态（独占模式下），其他线程没有获取到资源的线程进入阻塞队列，等待当前线程释放资源后，继续尝试获取。
3.2. 数据结构
其实AQS的实现主要基于两个内容，分别是 state 变量和基于FIFO结构的 CLH 双向队列
3.2.1. state
state 变量由 volatile 修饰，保证了多线程环境下的可见性，用于展示当前临界资源的获锁情况。
/** * The synchronization state. */ private volatile int state;
AQS内部还提供了获取和修改state的方法，注意，这里的方法都是final修饰的，意味着不能被子类重写！
// 获取state protected final int getState() { return state; } // 修改state protected final void setState(int newState) { state = newState; } // Cas操作修改state protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) { // See below for intrinsics setup to support this return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update); }
3.2.2 CLH 双向队列
我们在上面提到了独占模式下，没有获取资源的线程会被放入队列，然后阻塞、唤醒、锁的重分配机制，就是基于CLH实现的。CLH 锁 （Craig, Landin, and Hagersten locks）是一种自旋锁的改进，是一个虚拟的双向队列，所谓虚拟是指没有队列的实例，内部仅存各结点之间的关联关系。
AQS 将每条请求共享资源的线程封装成一个 CLH 队列锁的一个节点（Node）来实现锁的分配。在 CLH 队列锁中，一个节点表示一个线程，它保存着线程的引用（thread）、 当前节点在队列中的状态（waitStatus）、前驱节点（prev）、后继节点（next）。
3.3. 资源共享
在AQS的框架中对于资源的获取有两种方式：
独占模式(Exclusive) ：资源是独有的，每次只能一个线程获取，如ReentrantLock；
共享模式(Share) ：资源可同时被多个线程获取，具体可获取个数可通过参数设定，如CountDownLatch(我们后续也会出这个的工具类的源码解读)，Semaphore信号量(上篇文章讲了)。
3.3.1. 独占模式
以ReentrantLock为例，其内部维护了一个state字段，用来标识锁的占用状态，初始值为0，当线程1调用lock()方法时，会尝试通过tryAcquire()方法（钩子方法）独占该锁，并将state值设置为1，如果方法返回值为true表示成功，false表示失败，失败后线程1被放入等待队列中（CLH队列），直到其他线程释放该锁。
但需要注意的是，在线程1获取到锁后，在释放锁之前，自身可以多次获取该锁，每获取一次state加1，这就是锁的可重入性，这也说明ReentrantLock是可重入锁，在多次获取锁后，释放时要释放相同的次数，这样才能保证最终state为0，让锁恢复到未锁定状态，其他线程去尝试获取！
3.3.2. 共享模式
CountDownLatch（倒计时器）就是基于AQS共享模式实现的同步类，任务分为 N 个子线程去执行，state 也初始化为 N（注意 N 要与线程个数一致）。这 N 个子线程开始执行任务，每执行完一个子线程，就调用一次 countDown() 方法。该方法会尝试使用 CAS(Compare and Swap) 操作，让 state 的值减少 1。当所有的子线程都执行完毕后（即 state 的值变为 0），CountDownLatch 会调用 unpark() 方法，唤醒主线程。这时，主线程就可以从 await() 方法（CountDownLatch 中的await() 方法而非 AQS 中的）返回，继续执行后续的操作。
Semaphore信号量也是基于基于AQS共享模式实现的同步类，也是通过CAS操作维护AQS内部的state值来记录许可证数，详细可见博文Semaphore信号量源码解读与使用-
3.4 Node节点
上述的两种共享模式、线程的引用、前驱节点、后继节点等都存储在Node对象中，我们接下来就走进Node的源码中一探究竟！
static final class Node { // 标记一个结点（对应的线程）在共享模式下等待 static final Node SHARED = new Node(); // 标记一个结点（对应的线程）在独占模式下等待 static final Node EXCLUSIVE = null; // waitStatus的常量值，表示该结点（对应的线程）已被取消 static final int CANCELLED = 1; // waitStatus的常量值，表示后继结点（对应的线程）需要被唤醒 static final int SIGNAL = -1; // waitStatus的常量值，表示该结点（对应的线程）在等待某一条件 static final int CONDITION = -2; /*waitStatus的常量值，表示有资源可用，新head结点需要继续唤醒后继结点（共享模式下，多线程并发释放资源，而head唤醒其后继结点后，需要把多出来的资源留给后面的结点；设置新的head结点时，会继续唤醒其后继结点）*/ static final int PROPAGATE = -3; // 等待状态，取值范围，-3，-2，-1，0，1 volatile int waitStatus; volatile Node prev; // 前驱结点 volatile Node next; // 后继结点 volatile Thread thread; // 结点对应的线程 Node nextWaiter; // 等待队列里下一个等待条件的结点 // 判断共享模式的方法 final boolean isShared() { return nextWaiter == SHARED; } Node(Thread thread, Node mode) { // Used by addWaiter this.nextWaiter = mode; this.thread = thread; } // 其它方法忽略，可以参考具体的源码 } // AQS里面的addWaiter私有方法 private Node addWaiter(Node mode) { // 使用了Node的这个构造函数 Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode); // 其它代码省略 }
其中我们需要着重注意waitStatus这个变量，他可取以下五个值
CANCELLED：这个变量表示当前节点（对应的线程）已被取消。当等待超时或被中断，会触发进入为此状态，进入该状态后节点状态不再变化；
SIGNAL： 后面节点等待当前节点唤醒；
CONDITION： Condition 中使用，当前线程阻塞在Condition，如果其他线程调用了Condition的signal方法，这个节点将从等待队列转移到同步队列队尾，等待获取同步锁；
PROPAGATE： 共享模式，前置节点唤醒后面节点后，唤醒操作无条件传播下去；
0：中间状态，当前节点后面的节点已经唤醒，但是当前节点线程还没有执行完成。
3.5. 获取资源与释放资源
有了以上的知识积累后，我们再来看一下AQS中关于获取资源和释放资源的实现吧。
3.5.1. 获取资源
在AQS中获取资源的是入口是acquire(int arg)方法，arg 是要获取的资源个数，在独占模式下始终为 1。
public final void accquire(int arg) { // tryAcquire 再次尝试获取锁资源，如果尝试成功，返回true，尝试失败返回false if (!tryAcquire(arg) && // 走到这，代表获取锁资源失败，需要将当前线程封装成一个Node，追加到AQS的队列中 //并将节点设置为独占模式下等待 acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)) // 线程中断 selfInterrupt(); }
tryAcquire()是一个可被子类具体实现的钩子方法，用以在独占模式下获取锁资源，如果获取失败，则把线程封装为Node节点，存入等待队列中，实现方法是addWaiter()，我们继续跟入源码去看看。
private Node addWaiter(Node mode) { //创建 Node 类，并且设置 thread 为当前线程，设置为排它锁 Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode); // 获取 AQS 中队列的尾部节点 Node pred = tail; // 如果 tail == null，说明是空队列， // 不为 null，说明现在队列中有数据， if (pred != null) { // 将当前节点的 prev 指向刚才的尾部节点，那么当前节点应该设置为尾部节点 node.prev = pred; // CAS 将 tail 节点设置为当前节点 if (compareAndSetTail(pred, node)) { // 将之前尾节点的 next 设置为当前节点 pred.next = node; // 返回当前节点 return node; } } enq(node); return node; } // 自旋CAS插入等待队列 private Node enq(final Node node) { for (;;) { Node t = tail; if (t == null) { // Must initialize if (compareAndSetHead(new Node())) tail = head; } else { node.prev = t; if (compareAndSetTail(t, node)) { t.next = node; return t; } } } }
在这部分源码中，将获取资源失败的线程封装后的Node节点存入队列尾部，考虑到多线程情况下的节点插入问题，这里提供了CAS的方式保证插入操作的原子性，通过自旋方式(一直循环，不让线程挂起，减少线程状态切换带来的开销)来减少性能损耗。
等待队列中的所有线程，依旧从头结点开始，一个个的尝试去获取共享资源，这部分的实现可以看acquireQueued()方法，我们继续跟入。
final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) { boolean failed = true; try { // interrupted用于记录线程是否被中断过 boolean interrupted = false; for (;;) { // 自旋操作 // 获取当前节点的前驱节点 final Node p = node.predecessor(); // 如果前驱节点是head节点，并且尝试获取同步状态成功 if (p == head && tryAcquire(arg)) { // 设置当前节点为head节点 setHead(node); // 前驱节点的next引用设为null，这时节点被独立，垃圾回收器回收该节点 p.next = null; // 获取同步状态成功，将failed设为false failed = false; // 返回线程是否被中断过 return interrupted; } // 如果应该让当前线程阻塞并且线程在阻塞时被中断，则将interrupted设为true if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) && parkAndCheckInterrupt()) interrupted = true; } } finally { // 如果获取同步状态失败，取消尝试获取同步状态 if (failed) cancelAcquire(node); } }
在这个方法中，从等待队列的head节点开始，循环向后尝试获取资源，获取失败则继续阻塞，头结点若获取资源成功，则将后继结点设置为头结点，原头结点从队列中回收掉 ，这里我们就可以发现堵塞队列中线程中的唤醒是有序的(上次面试被问到是有序还是无序，好在这一块记忆比较深刻)
如果是无序唤醒，会引起羊群效应，多个线程在竞争state资源，竞争锁的过程中，就会造成资源的浪费。
3.5.2. 释放资源
相对于获取资源，AQS中的资源释放就简单多啦，我们直接上源码！
public final boolean release(int arg) { if (tryRelease(arg)) { Node h = head; if (h != null && h.waitStatus != 0) unparkSuccessor(h); return true; } return false; } private void unparkSuccessor(Node node) { // 如果状态是负数，尝试把它设置为0 int ws = node.waitStatus; if (ws < 0) compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0); // 得到头结点的后继结点head.next Node s = node.next; // 如果这个后继结点为空或者状态大于0 // 通过前面的定义我们知道，大于0只有一种可能，就是这个结点已被取消（只有 Node.CANCELLED(=1) 这一种状态大于0） if (s == null || s.waitStatus > 0) { s = null; // 从尾部开始倒着寻找第一个还未取消的节点（真正的后继者） for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev) if (t.waitStatus <= 0) s = t; } // 如果后继结点不为空， if (s != null) LockSupport.unpark(s.thread); }
这里的tryRelease(arg)通过是个钩子方法，需要子类自己去实现，比如在ReentrantLock中的实现，会去做state的减少操作int c = getState() - releases;，毕竟这是一个可重入锁，直到state的值减少为0，表示锁释放完毕！
接下来会检查队列的头结点。如果头结点存在并且waitStatus不为0，这意味着还有线程在等待，那么会调用unparkSuccessor(Node h)方法来唤醒后续等待的线程。
4.总结
AQS (AbstractQueuedSynchronizer) 是抽象队列同步器，是Java并发包的根基，像Java的Lock，信号量（Semaphore）都用到了AQS。
AQS提供了独占模式和共享模式两种方式获取共享资源，其中ReentrantLock就用到独占模式实现了排他锁，CountDownLatch和Semaphore都用到了AQS的共享模式实现了共享锁。
AQS内部通过维护一个 volatile 修饰的state变量作为竞态条件，以及一个基于FiFO结构的CLH 双向队列队列来存放需要等待获取锁的线程。 多个线程通过对state这个变量修改来实现竞态条件，竞争失败的线程会加入等待队列并阻塞，当锁释放后会有序唤醒队列中的线程进行锁竞争。
我们在后续可能会基于AQS实现一个同步器，将AQS用起来，感兴趣的话就多多支持吧
