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简介
AbstractQueuedSynchronizer，简称AQS。AQS定义了一个抽象的队列来进行同步操作，很多同步类都依赖于它，例如常用的ReentrantLock/Semaphore/CountDownLatch等
每个node维护了一份volatile int state（代表共享状态）和一个FIFO线程队列（多线程争用资源阻塞时进入该队列），AQS定义两种资源共享方式：Exclusive（独占，只有一个线程能执行，如ReentrantLock）和Share（共享，多个线程可同时执行，如Semaphore/CountDownLatch）。
不同的自定义同步器争用共享资源的方式也不同。自定义同步器在实现时只需要实现共享资源state的获取与释放方式即可，至于具体线程等待队列的维护（如获取资源失败入队/唤醒出队等），AQS已经在顶层实现好了。自定义同步器实现时主要实现以下几种方法：
//尝试获取独占模式 protected boolean tryAcquire(int arg) {throw new UnsupportedOperationException();}//尝试释放独占模式protected boolean tryRelease(int arg) {throw new UnsupportedOperationException();}//共享式获取同步状态//返回负数表示失败;0表示成功，但没有剩余可用资源;正数表示成功，且有剩余资源。protected int tryAcquireShared(int arg) {throw new UnsupportedOperationException();}//共享式释放同步状态;如果释放后允许唤醒后续等待结点返回true，否则返回false。protected boolean tryReleaseShared(int arg) {throw new UnsupportedOperationException();}//当前同步器是否在独占模式下被线程占用，一般该方法表示是否被当前线程所独占;只有用到condition才需要去实现它。protected boolean isHeldExclusively() {throw new UnsupportedOperationException();}
CLH同步队列是一个FIFO双向队列，AQS依赖它来完成同步状态的管理，当前线程如果获取同步状态失败时，AQS则会将当前线程已经等待状态等信息构造成一个节点（Node）并将其加入到CLH同步队列，同时会阻塞当前线程，当同步状态释放时，会把首节点唤醒（公平锁），使其再次尝试获取同步状态。
在CLH同步队列中，一个节点表示一个线程，它保存着线程的引用（thread）、状态（waitStatus）、前驱节点（prev）、后继节点（next），其定义如下：
static final class Node {//共享模式static final Node SHARED = new Node();//独占模式static final Node EXCLUSIVE = null;//因为超时或者中断，节点会被设置为取消状态，被取消的节点时不会参与到竞争中的，他会一直保持取消状态不会转变为其他状态；static final int CANCELLED = 1;//后继节点的线程处于等待状态，而当前节点的线程如果释放了同步状态或者被取消，将会通知后继节点，使后继节点的线程得以运行static final int SIGNAL = -1;//节点在等待队列中，节点线程等待在Condition上，当其他线程对Condition调用了signal()后，改节点将会从等待队列中转移到同步队列中，加入到同步状态的获取中static final int CONDITION = -2;//表示下一次共享式同步状态获取将会无条件地传播下去static final int PROPAGATE = -3;//等待状态volatile int waitStatus;//前驱节点volatile Node prev;//后继节点volatile Node next;//当前节点的线程volatile Thread thread;}独占模式
acquire方法
该方法以独模式获取共享资源。如果获取到资源，线程直接返回，否则进入等待队列，直到获取到资源为止，且整个过程忽略中断的影响。ReentrantLock的lock方法就是调用的该方法来获取锁。
方法的执行流程如下：
- 调用自定义同步器的tryAcquire()尝试直接去获取资源，如果成功则直接返回。
- 没成功，则addWaiter()将该线程加入等待队列的尾部，并标记为独占模式。
- acquireQueued()使线程在等待队列中休息，有机会时（轮到自己，会被unpark()）会去尝试获取资源。获取到资源后才返回。如果在整个等待过程中被中断过，则返回true，否则返回false。 如果线程在等待过程中被中断过，它是不响应的。只是获取资源后才再进行自我中断selfInterrupt()。
/*** 独占模式获取同步状态，如果当前线程获取同步状态成功，则直接返回，否则* 将会进入同步队列等待，该方法会调用实现类重写的tryAcquire(int arg)方法*/
public final void acquire(int arg) {if (!tryAcquire(arg) &&acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))selfInterrupt();
}
tryAcquire方法
doc翻译：尝试以独占模式获取。 如果对象的状态允许以独占模式获取它，则此方法应查询，如果是，则获取它。
执行acquire的线程始终调用此方法。 如果此方法报告失败，则获取方法可以对线程进行排队（如果它尚未排队），直到它通过某个其他线程的释放来发出信号。 这可用于实现方法{@link Lock＃tryLock（）}。
自我理解：这个方法是需要实现类进行重写的，用于对资源的获取和释放。至于能不能重入，能不能加锁，那就看具体的自定义同步器怎么去设计了。当然，自定义同步器在进行资源访问时要考虑线程安全的影响。
addWaiter方法
doc翻译：为当前线程和给定模式创建并排队节点。
自我理解：CLH队列入列无非就是tail指向新节点、新节点的prev指向当前最后的节点，当前最后一个节点的next指向当前节点。代码我们可以看看addWaiter(Node node)方法
/*** 将当前线程加入到等待队列的队尾，并返回当前线程所在的结点*/
private Node addWaiter(Node mode) {Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);// 首先尝试在链表的后面快速添加节点Node pred = tail;if (pred != null) {node.prev = pred;// 将该节点添加到队列尾部if (compareAndSetTail(pred, node)) {pred.next = node;return node;}}// 如果首节点为空或者cas添加失败，则进入enq方法通过自旋方式入队列，确保一定成功，这是一个保底机制enq(node);return node;
}
enq方法
doc翻译：将节点插入队列，必要时进行初始化
自我理解：addWaiter(Node node)先通过快速尝试设置尾节点，如果失败，则调用enq(Node node)方法设置尾节点。在enq(Node node)方法中，AQS通过自旋锁的方式来保证节点可以正确添加，只有成功添加后，当前线程才会从该方法返回，否则会一直执行下去
/*** 将node加入队尾*/
private Node enq(final Node node) {// 自旋for (;;) {Node t = tail;// 当前没有节点，构造一个new Node()，将head和tail指向它if (t == null) { if (compareAndSetHead(new Node()))tail = head;} else {// 当前有节点，将传入的Node放在链表的最后node.prev = t;if (compareAndSetTail(t, node)) {t.next = node;return t;}}}
}
acquireQueued方法
doc翻译：对于已经在队列中的线程，以独占不间断模式获取。 由条件等待方法使用以及获取。
自我理解：通过tryAcquire()和addWaiter()，该线程获取资源失败，已经被放入等待队列尾部了。下一步需要处理的是：进入等待状态休息，直到其他线程彻底释放资源后唤醒自己，自己再拿到资源，然后就可以去干自己想干的事了。其实就是个排队拿号，在等待队列中排队拿号，直到拿到号后再返回
final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {boolean failed = true; try {boolean interrupted = false; // 标记等待过程中是否被中断过for (;;) {final Node p = node.predecessor(); // node的前一个节点// 如果前一个节点是head，说明当前node节点是第二个节点，接着尝试去获取资源// 可能是head释放完资源唤醒自己的，当然也可能被interrupt了if (p == head && tryAcquire(arg)) {setHead(node);p.next = null; // help GCfailed = false;return interrupted; // 返回等待过程中是否被中断过}// 如果自己可以休息了，就进入waiting状态，直到被unpark()if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&parkAndCheckInterrupt())interrupted = true; // 如果等待过程中被中断过，哪怕只有那么一次，就将interrupted标记为true}} finally {if (failed)cancelAcquire(node);}
}shouldParkAfterFailedAcquire方法
doc翻译：检查并更新无法获取的节点的状态。 如果线程应该阻塞，则返回true。 这是所有获取循环中的主要信号控制。 需要pred == node.prev。
自我理解： 此方法主要用于检查状态，看看自己是否真的可以去休息了
- 1.如果pred的waitStatus是SIGNAL，直接返回true
- 2.如果pred的waitStatus>0，也就是CANCELLED，向前一直找到<=0的节点，让节点的next指向node
- 3.如果pred的waitStatus<=0，改成SIGNAL
private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {int ws = pred.waitStatus;if (ws == Node.SIGNAL)// 如果已经告诉前驱拿完号后通知自己一下，那就可以一边玩蛋去了return true;if (ws > 0) {/** 如果前节点放弃了，那就一直往前找，直到找到最近一个正常等待的状态，并排在它的后边。* 注意：那些放弃的结点，由于被自己“加塞”到它们前边，它们相当于形成一个无引用链，稍后就会被GC回收*/do {node.prev = pred = pred.prev;} while (pred.waitStatus > 0);pred.next = node;} else {// 如果前节点正常，那就把前节点的状态设置成SIGNAL，告诉它拿完号后通知下。compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);}return false;
}
parkAndCheckInterrupt方法
/*** 让线程去休息，真正进入等待状态*/
private final boolean parkAndCheckInterrupt() {LockSupport.park(this); // 调用park()使线程进入waiting状态return Thread.interrupted(); // 如果被唤醒，查看是否被中断(该方法会重置标识位)
}
acquireQueued总共做了3件事：
- 结点进入队尾后，检查状态。
- 调用park()进入waiting状态，等待unpark()或interrupt()唤醒自己。
- 被唤醒后，看自己是不是有资格能拿到号。如果拿到，head指向当前结点，并返回从入队到拿到号的整个过程中是否被中断过；如果没拿到，继续流程1。
上一张流程图看看吧 
release方法
此方法是独占模式下线程释放资源的顶层入口。它会释放指定量的资源，如果彻底释放了（即state=0）,它会唤醒等待队列里的其他线程来获取资源
/*** 释放资源*/
public final boolean release(int arg) {if (tryRelease(arg)) {Node h = head;if (h != null && h.waitStatus != 0)unparkSuccessor(h); // 唤醒等待队列里的下一个线程return true;}return false;
}
tryRelease方法
跟tryAcquire()一样，这个方法是需要独占模式的自定义同步器去实现的。正常来说，tryRelease()都会成功的，因为这是独占模式，该线程来释放资源，那么它肯定已经拿到独占资源了，直接减掉相应量的资源即可(state-=arg)，也不需要考虑线程安全的问题。但要注意它的返回值，上面已经提到了，release()是根据tryRelease()的返回值来判断该线程是否已经完成释放掉资源了！所以自义定同步器在实现时，如果已经彻底释放资源(state=0)，要返回true，否则返回false。
unparkSuccessor方法
private void unparkSuccessor(Node node) {// 这里，node一般为当前线程所在的结点。int ws = node.waitStatus;if (ws < 0) // 置零当前线程所在的结点状态，允许失败。compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);// 找到下一个需要唤醒的结点sNode s = node.next;if (s == null || s.waitStatus > 0) {s = null;for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)if (t.waitStatus <= 0)s = t;}if (s != null)LockSupport.unpark(s.thread); // 唤醒
}
总结一下
在AQS中维护着一个FIFO的同步队列，当线程获取同步状态失败后，则会加入到这个CLH同步队列的对尾并一直保持着自旋。在CLH同步队列中的线程在自旋时会判断其前驱节点是否为首节点，如果为首节点则不断尝试获取同步状态，获取成功则退出CLH同步队列。当线程执行完逻辑后，会释放同步状态，释放后会唤醒其后继节点。
共享模式
acquireShared方法
doc翻译:以共享模式获取，忽略中断。 通过首先调用{@link #tryAcquireShared}来实现，成功返回。 否则线程排队，可能反复阻塞和解除阻塞，调用{@link #tryAcquireShared}直到成功。
简单点说就是这个方法会获取指定量的资源，获取成功则直接返回，获取失败则进入等待队列，直到获取到资源为止，整个过程忽略中断
public final void acquireShared(int arg) {if (tryAcquireShared(arg) < 0)doAcquireShared(arg);
}tryAcquireShared方法
tryAcquireShared()依然需要自定义实现类去实现。但是AQS已经把其返回值的语义定义好了：负值代表获取失败；0代表获取成功，但没有剩余资源；正数表示获取成功，还有剩余资源，其他线程还可以去获取。
//共享式获取同步状态
protected int tryAcquireShared(int arg) {throw new UnsupportedOperationException();
}
doAcquireShared方法
doc翻译：以共享不间断模式获取
此方法用于将当前线程加入等待队列尾部休息，直到其他线程释放资源唤醒自己，自己成功拿到相应量的资源后才返回。
private void doAcquireShared(int arg) {//队列尾部添加共享模式的节点final Node node = addWaiter(Node.SHARED);boolean failed = true;try {boolean interrupted = false;for (;;) {final Node p = node.predecessor();if (p == head) {//获取上一个节点,如果上一个节点时head，尝试获取资源int r = tryAcquireShared(arg);if (r >= 0) {setHeadAndPropagate(node, r);//成功有剩余资源，将head指向自己，唤醒之后的线程p.next = null; // help GCif (interrupted)selfInterrupt();failed = false;return;}}if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&parkAndCheckInterrupt())interrupted = true;}} finally {if (failed)cancelAcquire(node);}}
setHeadAndPropagate方法
设置队列头，并检查后继者是否在共享模式下等待，如果是传播，如果传播> 0或PROPAGATE状态已设置。
这个方法除了重新标记head指向的节点外，还有一个重要的作用，那就是propagate（传递），
private void setHeadAndPropagate(Node node, int propagate) {Node h = head; // Record old head for check belowsetHead(node);/** Try to signal next queued node if:* Propagation was indicated by caller,* or was recorded (as h.waitStatus either before* or after setHead) by a previous operation* (note: this uses sign-check of waitStatus because* PROPAGATE status may transition to SIGNAL.)* and* The next node is waiting in shared mode,* or we don't know, because it appears null** The conservatism in both of these checks may cause* unnecessary wake-ups, but only when there are multiple* racing acquires/releases, so most need signals now or soon* anyway.*/if (propagate > 0 || h == null || h.waitStatus < 0 ||(h = head) == null || h.waitStatus < 0) {Node s = node.next;if (s == null || s.isShared())doReleaseShared();}}
doReleaseShared方法
共享模式的释放操作 - 发出后续信号并确保传播。 （注意：对于独占模式，如果需要信号，只需调用数量来调用head的unparkSuccessor。）
private void doReleaseShared() {/** Ensure that a release propagates, even if there are other* in-progress acquires/releases. This proceeds in the usual* way of trying to unparkSuccessor of head if it needs* signal. But if it does not, status is set to PROPAGATE to* ensure that upon release, propagation continues.* Additionally, we must loop in case a new node is added* while we are doing this. Also, unlike other uses of* unparkSuccessor, we need to know if CAS to reset status* fails, if so rechecking.*/for (;;) {Node h = head;if (h != null && h != tail) {int ws = h.waitStatus;if (ws == Node.SIGNAL) {if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0))continue; // loop to recheck casesunparkSuccessor(h);}else if (ws == 0 &&!compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE))continue; // loop on failed CAS}if (h == head) // loop if head changedbreak;}}
acquireShared总结
- tryAcquireShared()尝试获取资源，成功则直接返回。
- doAcquireShared()会将当前线程加入等待队列尾部休息，直到其他线程释放资源唤醒自己。它还会尝试着让唤醒传递到后面的节点。
releaseShared方法
以共享模式发布。, 如果{@link #tryReleaseShared}返回true，则通过解除阻塞一个或多个线程来实现。
public final boolean releaseShared(int arg) {if (tryReleaseShared(arg)) {doReleaseShared();return true;}return false;}