談到并發，不得不談ReentrantLock；而談到ReentrantLock，不得不談AbstractQueuedSynchronized（AQS）！
類如其名，抽象的隊列式的同步器，AQS定義了一套多線程訪問共享資源的同步器框架，許多同步類實現都依賴于它，如常用的ReentrantLock/Semaphore/CountDownLatch...。
以下是本文的目錄大綱：
若有不正之處，請諒解和批評指正，不勝感激。
請尊重作者勞動成果，轉載請標明原文鏈接：http://m.survivalescaperooms.com/waterystone/p/4920797.html
它維護了一個volatile int 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入此隊列）。這里volatile是核心關鍵詞，具體volatile的語義，在此不述。state的訪問方式有三種:
AQS定義兩種資源共享方式：Exclusive（獨占，只有一個線程能執行，如ReentrantLock）和Share（共享，多個線程可同時執行，如Semaphore/CountDownLatch）。
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時只需要實現共享資源state的獲取與釋放方式即可，至于具體線程等待隊列的維護（如獲取資源失敗入隊/喚醒出隊等），AQS已經在頂層實現好了。自定義同步器實現時主要實現以下幾種方法：
以ReentrantLock為例，state初始化為0，表示未鎖定狀態。A線程lock()時，會調用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。當然，釋放鎖之前，A線程自己是可以重復獲取此鎖的（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是能回到零態的。
再以CountDownLatch以例，任務分為N個子線程去執行，state也初始化為N（注意N要與線程個數一致）。這N個子線程是并行執行的，每個子線程執行完后countDown()一次，state會CAS減1。等到所有子線程都執行完后(即state=0)，會unpark()主調用線程，然后主調用線程就會從await()函數返回，繼續后余動作。
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獨占和共享兩種方式，如ReentrantReadWriteLock。
本節開始講解AQS的源碼實現。依照acquire-release、acquireShared-releaseShared的次序來。
此方法是獨占模式下線程獲取共享資源的頂層入口。如果獲取到資源，線程直接返回，否則進入等待隊列，直到獲取到資源為止，且整個過程忽略中斷的影響。這也正是lock()的語義，當然不僅僅只限于lock()。獲取到資源后，線程就可以去執行其臨界區代碼了。下面是acquire()的源碼：
1 public final void acquire(int arg) {2 if (!tryAcquire(arg) &&3 acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))4 selfInterrupt();5 }
函數流程如下：
這時單憑這4個抽象的函數來看流程還有點朦朧，不要緊，看完接下來的分析后，你就會明白了。就像《大話西游》里唐僧說的：等你明白了舍生取義的道理，你自然會回來和我唱這首歌的。
此方法嘗試去獲取獨占資源。如果獲取成功，則直接返回true，否則直接返回false。這也正是tryLock()的語義，還是那句話，當然不僅僅只限于tryLock()。如下是tryAcquire()的源碼：
什么？直接throw異常？說好的功能呢？好吧，還記得概述里講的AQS只是一個框架，具體資源的獲取/釋放方式交由自定義同步器去實現嗎？就是這里了！！！AQS這里只定義了一個接口，具體資源的獲取交由自定義同步器去實現了（通過state的get/set/CAS）！！！至于能不能重入，能不能加塞，那就看具體的自定義同步器怎么去設計了！！！當然，自定義同步器在進行資源訪問時要考慮線程安全的影響。
這里之所以沒有定義成abstract，是因為獨占模式下只用實現tryAcquire-tryRelease，而共享模式下只用實現tryAcquireShared-tryReleaseShared。如果都定義成abstract，那么每個模式也要去實現另一模式下的接口。說到底，Doug Lea還是站在咱們開發者的角度，盡量減少不必要的工作量。
此方法用于將當前線程加入到等待隊列的隊尾，并返回當前線程所在的結點。還是上源碼吧：
1 private Node addWaiter(Node mode) { 2 //以給定模式構造結點。mode有兩種：EXCLUSIVE（獨占）和SHARED（共享） 3 Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode); 4 5 //嘗試快速方式直接放到隊尾。 6 Node pred = tail; 7 if (pred != null) { 8 node.prev = pred; 9 if (compareAndSetTail(pred, node)) {10 pred.next = node;11 return node;12 }13 }14 15 //上一步失敗則通過enq入隊。16 enq(node);17 return node;18 }
不用再說了，直接看注釋吧。
此方法用于將node加入隊尾。源碼如下：
1 private Node enq(final Node node) { 2 //CAS"自旋"，直到成功加入隊尾 3 for (;;) { 4 Node t = tail; 5 if (t == null) { // 隊列為空，創建一個空的標志結點作為head結點，并將tail也指向它。 6 if (compareAndSetHead(new Node())) 7 tail = head; 8 } else {//正常流程，放入隊尾 9 node.prev = t;10 if (compareAndSetTail(t, node)) {11 t.next = node;12 return t;13 }14 }15 }16 }
如果你看過AtomicInteger.getAndIncrement()函數源碼，那么相信你一眼便看出這段代碼的精華。CAS自旋volatile變量，是一種很經典的用法。還不太了解的，自己去百度一下吧。
OK，通過tryAcquire()和addWaiter()，該線程獲取資源失敗，已經被放入等待隊列尾部了。聰明的你立刻應該能想到該線程下一部該干什么了吧：進入等待狀態休息，直到其他線程徹底釋放資源后喚醒自己，自己再拿到資源，然后就可以去干自己想干的事了。沒錯，就是這樣！是不是跟醫院排隊拿號有點相似~~acquireQueued()就是干這件事：在等待隊列中排隊拿號（中間沒其它事干可以休息），直到拿到號后再返回。這個函數非常關鍵，還是上源碼吧：
1 final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) { 2 boolean failed = true;//標記是否成功拿到資源 3 try { 4 boolean interrupted = false;//標記等待過程中是否被中斷過 5 6 //又是一個“自旋”！ 7 for (;;) { 8 final Node p = node.predecessor();//拿到前驅 9 //如果前驅是head，即該結點已成老二，那么便有資格去嘗試獲取資源（可能是老大釋放完資源喚醒自己的，當然也可能被interrupt了）。10 if (p == head && tryAcquire(arg)) {11 setHead(node);//拿到資源后，將head指向該結點。所以head所指的標桿結點，就是當前獲取到資源的那個結點或null。12 p.next = null; // setHead中node.prev已置為null，此處再將head.next置為null，就是為了方便GC回收以前的head結點。也就意味著之前拿完資源的結點出隊了！13 failed = false;14 return interrupted;//返回等待過程中是否被中斷過15 }16 17 //如果自己可以休息了，就進入waiting狀態，直到被unpark()18 if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&19 parkAndCheckInterrupt())20 interrupted = true;//如果等待過程中被中斷過，哪怕只有那么一次，就將interrupted標記為true21 }22 } finally {23 if (failed)24 cancelAcquire(node);25 }26 }
到這里了，我們先不急著總結acquireQueued()的函數流程，先看看shouldParkAfterFailedAcquire()和parkAndCheckInterrupt()具體干些什么。
此方法主要用于檢查狀態，看看自己是否真的可以去休息了（進入waiting狀態，如果線程狀態轉換不熟，可以參考本人上一篇寫的Thread詳解），萬一隊列前邊的線程都放棄了只是瞎站著，那也說不定，對吧！
1 private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) { 2 int ws = pred.waitStatus;//拿到前驅的狀態 3 if (ws == Node.SIGNAL) 4 //如果已經告訴前驅拿完號后通知自己一下，那就可以安心休息了 5 return true; 6 if (ws > 0) { 7 /* 8 * 如果前驅放棄了，那就一直往前找，直到找到最近一個正常等待的狀態，并排在它的后邊。 9 * 注意：那些放棄的結點，由于被自己“加塞”到它們前邊，它們相當于形成一個無引用鏈，稍后就會被保安大叔趕走了(GC回收)！10 */11 do {12 node.prev = pred = pred.prev;13 } while (pred.waitStatus > 0);14 pred.next = node;15 } else {16 //如果前驅正常，那就把前驅的狀態設置成SIGNAL，告訴它拿完號后通知自己一下。有可能失敗，人家說不定剛剛釋放完呢！17 compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);18 }19 return false;20 }
整個流程中，如果前驅結點的狀態不是SIGNAL，那么自己就不能安心去休息，需要去找個安心的休息點，同時可以再嘗試下看有沒有機會輪到自己拿號。
如果線程找好安全休息點后，那就可以安心去休息了。此方法就是讓線程去休息，真正進入等待狀態。
1 private final boolean parkAndCheckInterrupt() {2 LockSupport.park(this);//調用park()使線程進入waiting狀態3 return Thread.interrupted();//如果被喚醒，查看自己是不是被中斷的。4 }
park()會讓當前線程進入waiting狀態。在此狀態下，有兩種途徑可以喚醒該線程：1）被unpark()；2）被interrupt()。（再說一句，如果線程狀態轉換不熟，可以參考本人寫的Thread詳解）。需要注意的是，Thread.interrupted()會清除當前線程的中斷標記位。
OK，看了shouldParkAfterFailedAcquire()和parkAndCheckInterrupt()，現在讓我們再回到acquireQueued()，總結下該函數的具體流程：
OKOK，acquireQueued()分析完之后，我們接下來再回到acquire()！再貼上它的源碼吧：
1 public final void acquire(int arg) {2 if (!tryAcquire(arg) &&3 acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))4 selfInterrupt();5 }
再來總結下它的流程吧：
由于此函數是重中之重，我再用流程圖總結一下：
至此，acquire()的流程終于算是告一段落了。這也就是ReentrantLock.lock()的流程，不信你去看其lock()源碼吧，整個函數就是一條acquire(1)！！！
上一小節已經把acquire()說完了，這一小節就來講講它的反操作release()吧。此方法是獨占模式下線程釋放共享資源的頂層入口。它會釋放指定量的資源，如果徹底釋放了（即state=0）,它會喚醒等待隊列里的其他線程來獲取資源。這也正是unlock()的語義，當然不僅僅只限于unlock()。下面是release()的源碼：
1 public final boolean release(int arg) {2 if (tryRelease(arg)) {3 Node h = head;//找到頭結點4 if (h != null && h.waitStatus != 0)5 unparkSuccessor(h);//喚醒等待隊列里的下一個線程6 return true;7 }8 return false;9 }
邏輯并不復雜。它調用tryRelease()來釋放資源。有一點需要注意的是，它是根據tryRelease()的返回值來判斷該線程是否已經完成釋放掉資源了！所以自定義同步器在設計tryRelease()的時候要明確這一點！！
此方法嘗試去釋放指定量的資源。下面是tryRelease()的源碼：
1 protected boolean tryRelease(int arg) {2 throw new UnsupportedOperationException();3 }
跟tryAcquire()一樣，這個方法是需要獨占模式的自定義同步器去實現的。正常來說，tryRelease()都會成功的，因為這是獨占模式，該線程來釋放資源，那么它肯定已經拿到獨占資源了，直接減掉相應量的資源即可(state-=arg)，也不需要考慮線程安全的問題。但要注意它的返回值，上面已經提到了，release()是根據tryRelease()的返回值來判斷該線程是否已經完成釋放掉資源了！所以自義定同步器在實現時，如果已經徹底釋放資源(state=0)，要返回true，否則返回false。
此方法用于喚醒等待隊列中下一個線程。下面是源碼：
1 private void unparkSuccessor(Node node) { 2 //這里，node一般為當前線程所在的結點。 3 int ws = node.waitStatus; 4 if (ws < 0)//置零當前線程所在的結點狀態，允許失敗。 5 compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0); 6 7 Node s = node.next;//找到下一個需要喚醒的結點s 8 if (s == null || s.waitStatus > 0) {//如果為空或已取消 9 s = null;10 for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)11 if (t.waitStatus <= 0)//從這里可以看出，<=0的結點，都是還有效的結點。12 s = t;13 }14 if (s != null)15 LockSupport.unpark(s.thread);//喚醒16 }
這個函數并不復雜。一句話概括：用unpark()喚醒等待隊列中最前邊的那個未放棄線程，這里我們也用s來表示吧。此時，再和acquireQueued()聯系起來，s被喚醒后，進入if (p == head && tryAcquire(arg))的判斷（即使p!=head也沒關系，它會再進入shouldParkAfterFailedAcquire()尋找一個安全點。這里既然s已經是等待隊列中最前邊的那個未放棄線程了，那么通過shouldParkAfterFailedAcquire()的調整，s也必然會跑到head的next結點，下一次自旋p==head就成立啦），然后s把自己設置成head標桿結點，表示自己已經獲取到資源了，acquire()也返回了！！And then, DO what you WANT!
release()是獨占模式下線程釋放共享資源的頂層入口。它會釋放指定量的資源，如果徹底釋放了（即state=0）,它會喚醒等待隊列里的其他線程來獲取資源。
此方法是共享模式下線程獲取共享資源的頂層入口。它會獲取指定量的資源，獲取成功則直接返回，獲取失敗則進入等待隊列，直到獲取到資源為止，整個過程忽略中斷。下面是acquireShared()的源碼：
1 public final void acquireShared(int arg) {2 if (tryAcquireShared(arg) < 0)3 doAcquireShared(arg);4 }
這里tryAcquireShared()依然需要自定義同步器去實現。但是AQS已經把其返回值的語義定義好了：負值代表獲取失敗；0代表獲取成功，但沒有剩余資源；正數表示獲取成功，還有剩余資源，其他線程還可以去獲取。所以這里acquireShared()的流程就是：
此方法用于將當前線程加入等待隊列尾部休息，直到其他線程釋放資源喚醒自己，自己成功拿到相應量的資源后才返回。下面是doAcquireShared()的源碼：
1 private void doAcquireShared(int arg) { 2 final Node node = addWaiter(Node.SHARED);//加入隊列尾部 3 boolean failed = true;//是否成功標志 4 try { 5 boolean interrupted = false;//等待過程中是否被中斷過的標志 6 for (;;) { 7 final Node p = node.predecessor();//前驅 8 if (p == head) {//如果到head的下一個，因為head是拿到資源的線程，此時node被喚醒，很可能是head用完資源來喚醒自己的 9 int r = tryAcquireShared(arg);//嘗試獲取資源10 if (r >= 0) {//成功11 setHeadAndPropagate(node, r);//將head指向自己，還有剩余資源可以再喚醒之后的線程12 p.next = null; // help GC13 if (interrupted)//如果等待過程中被打斷過，此時將中斷補上。14 selfInterrupt();15 failed = false;16 return;17 }18 }19 20 //判斷狀態，尋找安全點，進入waiting狀態，等著被unpark()或interrupt()21 if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&22 parkAndCheckInterrupt())23 interrupted = true;24 }25 } finally {26 if (failed)27 cancelAcquire(node);28 }29 }
有木有覺得跟acquireQueued()很相似？對，其實流程并沒有太大區別。只不過這里將補中斷的selfInterrupt()放到doAcquireShared()里了，而獨占模式是放到acquireQueued()之外，其實都一樣，不知道Doug Lea是怎么想的。
跟獨占模式比，還有一點需要注意的是，這里只有線程是head.next時（“老二”），才會去嘗試獲取資源，有剩余的話還會喚醒之后的隊友。那么問題就來了，假如老大用完后釋放了5個資源，而老二需要6個，老三需要1個，老四需要2個。因為老大先喚醒老二，老二一看資源不夠自己用繼續park()，也更不會去喚醒老三和老四了。獨占模式，同一時刻只有一個線程去執行，這樣做未嘗不可；但共享模式下，多個線程是可以同時執行的，現在因為老二的資源需求量大，而把后面量小的老三和老四也都卡住了。
1 private void setHeadAndPropagate(Node node, int propagate) { 2 Node h = head; 3 setHead(node);//head指向自己 4 //如果還有剩余量，繼續喚醒下一個鄰居線程 5 if (propagate > 0 || h == null || h.waitStatus < 0) { 6 Node s = node.next; 7 if (s == null || s.isShared()) 8 doReleaseShared(); 9 }10 }
此方法在setHead()的基礎上多了一步，就是自己蘇醒的同時，如果條件符合（比如還有剩余資源），還會去喚醒后繼結點，畢竟是共享模式！
doReleaseShared()我們留著下一小節的releaseShared()里來講。
OK，至此，acquireShared()也要告一段落了。讓我們再梳理一下它的流程：
其實跟acquire()的流程大同小異，只不過多了個自己拿到資源后，還會去喚醒后繼隊友的操作（這才是共享嘛）。
上一小節已經把acquireShared()說完了，這一小節就來講講它的反操作releaseShared()吧。此方法是共享模式下線程釋放共享資源的頂層入口。它會釋放指定量的資源，如果徹底釋放了（即state=0）,它會喚醒等待隊列里的其他線程來獲取資源。下面是releaseShared()的源碼：
1 public final boolean releaseShared(int arg) {2 if (tryReleaseShared(arg)) {//嘗試釋放資源3 doReleaseShared();//喚醒后繼結點4 return true;5 }6 return false;7 }
此方法的流程也比較簡單，一句話：釋放掉資源后，喚醒后繼。跟獨占模式下的release()相似，但有一點稍微需要注意：獨占模式下的tryRelease()在完全釋放掉資源（state=0）后，才會返回true去喚醒其他線程，這主要是基于可重入的考量；而共享模式下的releaseShared()則沒有這種要求，一是共享的實質--多線程可并發執行；二是共享模式基本也不會重入吧（至少我還沒見過），所以自定義同步器可以根據需要決定返回值。
此方法主要用于喚醒后繼。下面是它的源碼：
1 private void doReleaseShared() { 2 for (;;) { 3 Node h = head; 4 if (h != null && h != tail) { 5 int ws = h.waitStatus; 6 if (ws == Node.SIGNAL) { 7 if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0)) 8 continue; 9 unparkSuccessor(h);//喚醒后繼10 }11 else if (ws == 0 &&12 !compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE))13 continue;14 }15 if (h == head)// head發生變化16 break;17 }18 }
本節我們詳解了獨占和共享兩種模式下獲取-釋放資源(acquire-release、acquireShared-releaseShared)的源碼，相信大家都有一定認識了。值得注意的是，acquire()和acquireSahred()兩種方法下，線程在等待隊列中都是忽略中斷的。AQS也支持響應中斷的，acquireInterruptibly()/acquireSharedInterruptibly()即是，這里相應的源碼跟acquire()和acquireSahred()差不多，這里就不再詳解了。
通過前邊幾個章節的學習，相信大家已經基本理解AQS的原理了。這里再將“框架”一節中的一段話復制過來：
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時只需要實現共享資源state的獲取與釋放方式即可，至于具體線程等待隊列的維護（如獲取資源失敗入隊/喚醒出隊等），AQS已經在頂層實現好了。自定義同步器實現時主要實現以下幾種方法：
OK，下面我們就以AQS源碼里的Mutex為例，講一下AQS的簡單應用。
Mutex是一個不可重入的互斥鎖實現。鎖資源（AQS里的state）只有兩種狀態：0表示未鎖定，1表示鎖定。下邊是Mutex的核心源碼：
1 class Mutex implements Lock, java.io.Serializable { 2 // 自定義同步器 3 private static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer { 4 // 判斷是否鎖定狀態 5 protected boolean isHeldExclusively() { 6 return getState() == 1; 7 } 8 9 // 嘗試獲取資源，立即返回。成功則返回true，否則false。10 public boolean tryAcquire(int acquires) {11 assert acquires == 1; // 這里限定只能為1個量12 if (compareAndSetState(0, 1)) {//state為0才設置為1，不可重入！13 setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());//設置為當前線程獨占資源14 return true;15 }16 return false;17 }18 19 // 嘗試釋放資源，立即返回。成功則為true，否則false。20 protected boolean tryRelease(int releases) {21 assert releases == 1; // 限定為1個量22 if (getState() == 0)//既然來釋放，那肯定就是已占有狀態了。只是為了保險，多層判斷！23 throw new IllegalMonitorStateException();24 setExclusiveOwnerThread(null);25 setState(0);//釋放資源，放棄占有狀態26 return true;27 }28 }29 30 // 真正同步類的實現都依賴繼承于AQS的自定義同步器！31 private final Sync sync = new Sync();32 33 //lock<-->acquire。兩者語義一樣：獲取資源，即便等待，直到成功才返回。34 public void lock() {35 sync.acquire(1);36 }37 38 //tryLock<-->tryAcquire。兩者語義一樣：嘗試獲取資源，要求立即返回。成功則為true，失敗則為false。39 public boolean tryLock() {40 return sync.tryAcquire(1);41 }42 43 //unlock<-->release。兩者語文一樣：釋放資源。44 public void unlock() {45 sync.release(1);46 }47 48 //鎖是否占有狀態49 public boolean isLocked() {50 return sync.isHeldExclusively();51 }52 }
同步類在實現時一般都將自定義同步器（sync）定義為內部類，供自己使用；而同步類自己（Mutex）則實現某個接口，對外服務。當然，接口的實現要直接依賴sync，它們在語義上也存在某種對應關系！！而sync只用實現資源state的獲取-釋放方式tryAcquire-tryRelelase，至于線程的排隊、等待、喚醒等，上層的AQS都已經實現好了，我們不用關心。
除了Mutex，ReentrantLock/CountDownLatch/Semphore這些同步類的實現方式都差不多，不同的地方就在獲取-釋放資源的方式tryAcquire-tryRelelase。掌握了這點，AQS的核心便被攻破了！
OK，至此，整個AQS的講解也要落下帷幕了。希望本文能夠對學習Java并發編程的同學有所借鑒，中間寫的有不對的地方，也歡迎討論和指正~
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