手撕Java系列--AQS详解，源码分析，核心方法解读，基于AQS实现的类

AQS是AbstractQueuedSynchronizer的缩写，它是Java并发包java.util.concurrent.locks中的一个核心类。AQS为构建锁和其他同步组件提供了一个框架。许多并发工具如ReentrantLock、Semaphore、CountDownLatch等都是基于AQS实现的。

AQS的设计基于一个FIFO队列，这个队列用来保存等待获取共享资源的线程。它通过一个int类型的成员变量state来表示同步状态（例如，对于锁而言，state=0意味着没有线程占有锁，而state>0则意味着有线程持有锁）。AQS定义了一些protected方法供子类继承使用，以便于子类能够管理自己的同步状态。

综述

1. 同步状态（State）:

   • AQS维护了一个int类型的成员变量state，该变量代表了同步状态。
   • 子类需要定义如何维护这个状态，比如增加、减少或设置状态值。
   • 通常，当state=0时，表示没有线程占用资源；当state>0时，表示资源被某个线程占用。

2. 队列结构:

   • AQS内部使用了一个双向链表来构成CLH队列（Craig, Landin, and Hagersten queue），用于存放等待获取资源的线程。
   • 每个节点（Node）代表一个线程，并且可以标记为不同模式，如独占模式（Exclusive）、共享模式（Shared）等。

3. 获取与释放资源:

   • acquire(int arg) 和 release(int arg) 方法提供了对资源的基本获取和释放操作。
   • 子类通常会重写tryAcquire(int arg)和tryRelease(int arg)方法，以实现具体的获取和释放逻辑。
   • 对于共享模式，还有对应的tryAcquireShared(int arg)和tryReleaseShared(int arg)方法。

4. 条件变量:

   • AQS还支持条件变量，允许线程在特定条件下等待直到被其他线程唤醒。
   • 条件变量可以通过Condition接口实现，每个Condition对象都与一个AQS实例关联。

5. 模板方法设计模式:

   • AQS大量使用了模板方法设计模式，定义了一系列模板方法如acquire、release等，这些方法的具体行为由子类通过实现特定的方法来完成。

6. 原子性保证:

   • AQS利用CAS操作（Compare-And-Swap）确保对状态变量的修改是原子性的。
   • 这些操作通常是通过Unsafe类提供的底层支持来完成的。

源码解读

AQS (AbstractQueuedSynchronizer) 的源码比较复杂，但我会尝试通过一些关键部分的代码来解释它的核心机制。这里不会提供完整的源码，而是挑选出几个重要的方法和结构进行讲解，并附上中文注释。

public abstract class AbstractQueuedSynchronizer
    extends AbstractOwnableSynchronizer
    implements java.io.Serializable {
   
    
    // 静态内部类 Node 用于表示等待队列中的节点
    static final class Node {
   
        // 标记一个节点在共享模式下等待
        static final Node SHARED = new Node();
        // 标记一个节点在独占模式下等待
        static final Node EXCLUSIVE = null;
        // 表示当前线程已被取消
        static final int CANCELLED =  1;
        // 表示后继节点的线程需要被唤醒
        static final int SIGNAL    = -1;
        // 表示当前节点正在等待条件
        static final int CONDITION = -2;
        // 表示下一个acquireShared应该无条件传播
        static final int PROPAGATE = -3;

        // 状态字段，使用了上面定义的常量
        vola