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前言

上一篇文章介绍了AbstractQueuedSynchronizer (AQS)的基本概念及其在Java并发编程中的作用。本文将基于JDK 8的源码，深入分析AQS及其在ReentrantLock中的应用。阅读本文前，建议了解共享锁和独占锁的基本概念。

正文

上一篇文章提到CountDownlatch、ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock以及Semaphore等并发工具类都基于AQS实现。为了支持这些功能，AQS需要具备高度灵活和通用的功能。例如：

• ReentrantLock（独占锁）通过调用AQS的acquire方法获取独占资源。
• ReentrantReadWriteLock（共享锁）通过调用AQS的acquireShared方法获取共享资源。
• 这些方法均呼吁了compareAndSetState方法来执行CAS操作。

虽然上述只是两个类的区别，但Java.util.concurrent包中包含多种工具类，因此我们无需全面理解AQS的所有功能。接下来，我们将重点分析AQS在ReentrantLock中的作用。

1. Node类

Node类是AQS的内部类，主要用于管理队列中的节点。其属性包括：

• prev 和 next：分别表示前驱和后驱指针。
• thread：存储当前线程标识。
• SHARED：标记当前线程因抢夺共享资源而进入队列。
• EXCLUSIVE：标记当前线程因抢夺独占资源而进入队列。
• waitStatus：表示当前线程的等待状态，可选值包括CANCELLED、CONDITION、SIGNAL和PROPAGATE。

AQS是一个双向队列，队列中的元素是Node对象。

2. AQS的核心属性

AQS维护以下关键属性：

• head 和 tail：分别指向队列的头节点和尾节点。
• state：表示当前锁的状态。例如，在ReentrantLock中，state即为重入次数。

3. AQS的核心方法

AQS提供了几个关键方法：

• acquire(int arg)：尝试获取独占资源。当获取失败时，将当前线程放入队列并阻塞。
• release(int arg)：释放独占资源，并唤醒队列中的线程。
• compareAndSetState(long expect, long update)：通过CAS操作来更新状态。

3.1 acquire方法

acquire方法的大致逻辑如下：

public final void acquire(int arg) {
    if (!tryAcquire(arg) && acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)) {
        selfInterrupt();
    }
}

• tryAcquire尝试获取锁，如果成功则返回true，否则返回false。
• acquireQueued将当前线程挂入队列并阻塞。
• selfInterrupt在获取失败后唤醒当前线程。

3.2 release方法

release方法的大致逻辑如下：

public final boolean release(int arg) {
    if (tryRelease(arg)) {
        Node h = head;
        if (h != null && h.waitStatus != 0) {
            unparkSuccessor(h);
        }
        return true;
    }
    return false;
}

• tryRelease尝试释放锁，成功时返回true，否则返回false。
• unparkSuccessor唤醒队列中的线程，并调用LockSupport.unpark方法。

3.3 compareAndSetState方法

compareAndSetState方法通过unsafe类的native方法实现CAS操作。例如：

protected final boolean compareAndSetState(long expect, long update) {
    return unsafe.compareAndSwapLong(this, stateOffset, expect, update);
}

总结

AQS是一个高度灵活的同步设施，作为许多并发工具类（如ReentrantLock）的基础。它通过双向队列管理线程，并支持CAS操作来实现高效的信号传递。当多个线程竞争锁时，未成功获取锁的线程会被放入队列，直到锁被释放并唤醒。AQS的引用使相关锁类能够支持复杂的并发场景，具体实现方式需结合各类的具体需求来定制。

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