AQS

底层原理

AQS 核心思想

• 如果被请求的共享资源空闲，则将当前请求资源的线程设置为有效的工作线程，并且将共享资源设置为锁定状态。
• 如果被请求的共享资源被占用，那么就需要一套线程阻塞等待以及被唤醒时锁分配的机制，这个机制 AQS 是基于 CLH 锁 （Craig, Landin, and Hagersten locks） 实现的。

CLH 锁

CLH 锁是对自旋锁的一种改进，解决了自旋锁的两个缺点改进如下：

• 饥饿问题：将线程组织成一个队列，保证先请求的线程先获得锁，避免了饥饿问题。
• 锁状态去中心化，让每个线程在不同的状态变量中自旋，相当于减小锁的粒度，这样当一个线程释放它的锁时，只能使其后续线程的高速缓存失效，缩小了影响范围，从而减少了 CPU 的开销。

是一个虚拟的双向队列（虚拟的双向队列即不存在队列实例，仅存在结点之间的关联关系），暂时获取不到锁的线程将被加入到该队列中。AQS 将每条请求共享资源的线程封装成一个 CLH 队列锁的一个结点（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）。

CLH 锁作为自旋锁的改进，有以下几个优点：

1. 性能优异，获取和释放锁开销小。CLH 的锁状态不再是单一的原子变量，而是分散在每个节点的状态中，降低了自旋锁在竞争激烈时频繁同步的开销。在释放锁的开销也因为不需要使用 CAS 指令而降低了。
2. 公平锁。先入队的线程会先得到锁。
3. 实现简单，易于理解。
4. 扩展性强。下面会提到 AQS 如何扩展 CLH 锁实现了 juc 包下各类丰富的同步器。

当然，它也有两个缺点：

1. 第一是因为有自旋操作，当锁持有时间长时会带来较大的 CPU 开销。
2. 第二是基本的 CLH 锁功能单一，不改造不能支持复杂的功能。

AQS 改进

• 阻塞队列代替自旋操作

AQS 使用了模板方法模式

子类要重写如下五个钩子

//独占方式。尝试获取资源，成功则返回true，失败则返回false。
protected boolean tryAcquire(int)
//独占方式。尝试释放资源，成功则返回true，失败则返回false。
protected boolean tryRelease(int)
//共享方式。尝试获取资源。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)
//共享方式。尝试释放资源，成功则返回true，失败则返回false。
protected boolean tryReleaseShared(int)
//该线程是否正在独占资源。只有用到condition才需要去实现它。
protected boolean isHeldExclusively()