Java中的AQS同步隊列問題怎么解決

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AQS 同步隊列

1、AQS 介紹

AQS 是 AbstractQueuedSynchronizer 的縮寫，他是一個抽象同步類，為 JUC 包下的大多數同步工具提供了核心實現，例如 ReentrantLock 的底層就是使用同步隊列。AQS 提供一套基礎的機制來實現線程的同步、阻塞與喚醒、等待隊列等功能，也就是想要深入學習線程工具類，這個同步隊列就必須得掌握。

1.1、類圖關系

下面是整個 AQS 的類結構實現（從源碼中直接打印的圖，平常學習源碼也可以這樣打印出來觀察整個程序的運行情況，有助于理解），從圖中我們不難發現 AQS 內部持有兩個 Node 類型的 head 、tail 屬性，我們在什么時候會接觸到頭尾節點的定義，大家都是有經驗的開發人員，肯定都能想到是鏈表當中。

在屬性列中我們可以看見一個 state:int 這樣的一個狀態字段，Lock 的重入特性就是根據此來實現的，可以表示當前線程的鎖重入次數。整個類繼承自 AbstractOwnableSynchronizer 類，自然擁有對于其父類中屬性的一些控制權，而里面的 Thraed 的線程就是表示當前持有鎖的線程，在整個鎖過程中具有很重要的地位。

1.2、節點剖析

當然鏈表只是一種組織存儲形式的一種數據結構，這里叫做 FIFO 雙向隊列，至于為什么是雙向的呢，看一下 Node 的節點定義就能明白，一個節點中含有 prev 、next 節點來快速訪問前驅和后繼節點，不就是典型的雙向形式呢。

相信大家在看到這個類字段的屬性名定義之后就能才出來其的作用，但是這里還是介紹一下主要的幾個字段含義，印證大家的猜想。

2、AQS 實現原理

上面我們知道了 AQS 其實就是一個雙向的隊列，如下圖的結構一樣。在線程獲取鎖失敗的情況下，會被封裝成一個 Node 節點而插入到隊列當中；當其他的線程釋放鎖之后又會從隊列中喚醒一個節點去爭搶鎖。

2.1、隊列初始化

通過源碼我們可以發現，在 AQS 進行初始化的時候的并沒有對 head 、tail 進行初始化，而這兩個節點是控制整個隊列的，也就是說一開始整個隊列處于 null 狀態。

protected AbstractQueuedSynchronizer() {}

當第一個線程爭搶鎖失敗之后會封裝成 Node 進入到同步隊列當中，這個時候就會進行判斷，如果當前隊列為空就會進行初始化（未進行初始化），初始化完成之后就將當前線程節點接在隊列的尾部。

private final void initializeSyncQueue() {
    Node h;
    if (HEAD.compareAndSet(this, (Void)null, h = new Node())) {
        this.tail = h;
    }
}

2.2、追加節點

追加節點的操作就是簡單的鏈表尾部添加節點的過程了，這里就不做過多的贅述。這里來看看前面初始化時會添加一個額外的節點在隊列中，其實這個節點就是代表當前已經獲取了鎖的線程，至于為什么這么設置，大家往后看就明白了。

3、AQS 喚醒動作

在進行線程喚醒的過程中，會優先喚醒當前持有鎖線程的下一個節點線程。

• head 指針指向下一個節點；

• 原來頭結點的 next 指向 null；

• 當前頭結點的 prev 指向 null；

• 當前頭結點的 thread 指向 null。

這樣就完成線程的喚醒操作了，但是這樣來講其實是不完美的，因為 AQS 只是一個抽象的統一工具，本身并沒有對業務進行規范，還是要結合具體的實現類，例如 ReentrantLock 、CountDownLatch 、CyclicBarrier 這些的執行過程來進行分析。

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