面试官竟然问我Java的AQS锁实现原理，幸亏我看了底层源码

　　我们常见的并发锁 ReentrantLock 、 CountDownLatch 、 Semaphore 、 CyclicBarrier 都是基于 AQS 实现的，所以说不懂 AQS 实现原理的，就不能说了解Java锁。
　　上篇文章讲了AQS的加锁流程，这篇文章再一块看一下AQS具体源码实现。
　　先回顾一下AQS的加锁流程 1. AQS加锁流程
　　AQS 的加锁流程并不复杂，只要理解了 同步队列 和 条件队列 ，以及它们之间的数据流转，就算彻底理解了 AQS 。 当多个线程竞争AQS锁时，如果有个线程获取到锁，就把ower线程设置为自己 没有竞争到锁的线程，在同步队列中阻塞（同步队列采用双向链表，尾插法）。 持有锁的线程调用await方法，释放锁，追加到条件队列的末尾（条件队列采用单链表，尾插法）。 持有锁的线程调用signal方法，唤醒条件队列的头节点，并转移到同步队列的末尾。 同步队列的头节点优先获取到锁
　　了解AQS加锁流程之后，再去看源码就容易理解了。 2. AQS的数据结构// 继承自AbstractOwnableSynchronizer，为了记录哪个线程占用锁 public abstract class AbstractQueuedSynchronizer extends AbstractOwnableSynchronizer {        // 同步状态，0表示无锁，每次加锁+1，释放锁-1     private volatile int state;      // 同步队列的头尾节点     private transient volatile Node head;     private transient volatile Node tail;      // Node节点，用来包装线程，放到队列中     static final class Node {         // 节点中的线程         volatile Thread thread;          // 节点状态         volatile int waitStatus;          // 同步队列的前驱节点和后继节点         volatile Node prev;         volatile Node next;          // 条件队列的后继节点         Node nextWaiter;     }      // 条件队列     public class ConditionObject implements Condition {         // 条件队列的头尾节点         private transient Node firstWaiter;         private transient Node lastWaiter;     } }
　　首先AQS继承自AbstractOwnableSynchronizer，其实是为了记录哪个线程正在占用锁。 public abstract class AbstractOwnableSynchronizer {      private transient Thread exclusiveOwnerThread;      // 设置占用锁的线程     protected final void setExclusiveOwnerThread(Thread thread) {         exclusiveOwnerThread = thread;     }      protected final Thread getExclusiveOwnerThread() {         return exclusiveOwnerThread;     } }
　　无论是同步队列还是条件队列中线程都需要包装成Node节点。
　　虽然同步队列和条件队列都是由Node节点组成的，但是同步队列中是使用prev和next组成双向链表，nextWaiter只用来表示是共享模式还是排他模式。
　　条件队列没有使用到Node中prev和next属性，而是使用nextWaiter组成单链表。
　　这个复用对象的设计思想值得我们学习。
　　同步队列head节点是个哑节点，里面并没有存储线程对象。当然head节点也可以看成是给当前持有锁的线程使用的。
　　Node节点的状态（waitStatus）共有5种： 1 cancelled：表示线程已经被取消 0 初始化：Node节点的默认值 -1 signal: 表示节点线程在释放锁后要唤醒同步队列中的下一个节点线程 -2 condition: 当前节点在条件队列中 -3 propagate: 释放共享资源的时候会向后传播释放其他共享节点(用于共享模式) 3. AQS方法概览
　　AQS支持独占和共享两种访问资源的模式（独占模式又叫排他模式）。
　　独占模式的方法： // 加锁 acquire(); // 加可中断的锁 acquireInterruptibly(); // 一段时间内，加锁不成功，就不加了 tryAcquireNanos(int arg, long nanosTimeout); // 释放锁 release();
　　共享模式的方法： // 加锁 acquireShared(); // 加可中断的锁 acquireSharedInterruptibly(); // 一段时间内，加锁不成功，就不加了 tryAcquireSharedNanos(int arg, long nanosTimeout); // 释放锁 releaseShared();
　　独占模式和共享模式的方法并没有实现具体的加锁、释放锁逻辑，AQS中只是定义了加锁、释放锁的抽象方法。
　　留给子类实现的抽象方法： // 加独占锁 protected boolean tryAcquire(int arg) {     throw new UnsupportedOperationException(); } // 释放独占锁 protected boolean tryRelease(int arg) {     throw new UnsupportedOperationException(); }  // 加共享锁 protected int tryAcquireShared(int arg) {     throw new UnsupportedOperationException(); } // 释放共享锁 protected boolean tryReleaseShared(int arg) {     throw new UnsupportedOperationException(); }  // 判断是否是当前线程正在持有锁 protected boolean isHeldExclusively() {     throw new UnsupportedOperationException(); }
　　这里就用到了设计模式中的模板模式，父类AQS定义了加锁、释放锁的流程，子类 ReentrantLock 、 CountDownLatch 、 Semaphore 、 CyclicBarrier 负责实现具体的加锁、释放锁逻辑。
　　这不是个面试知识点吗？
　　面试官再问你，你看过哪些框架源码使用到了设计模式？
　　你就可以回答AQS源码中用到了模板模式，巴拉巴拉，妥妥的加分项！
　　4. AQS源码剖析
　　整个加锁流程如下：
　　先看一下加锁方法的源码： 4.1 加锁// 加锁方法，传参是1 public final void acquire(int arg) {     // 1. 首先尝试获取锁，如果获取成功，则设置state+1，exclusiveOwnerThread=currentThread（留给子类实现）     if (!tryAcquire(arg) &&             // 2. 如果没有获取成功，把线程组装成Node节点，追加到同步队列末尾             acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)) {         // 3. 加入同步队列后，将自己挂起         selfInterrupt();     } }
　　再看一下addWaiter方法源码，作用就是把线程组装成Node节点，追加到同步队列末尾。 // 追加到同步队列末尾，传参是共享模式or排他模式 private Node addWaiter(Node mode) {     // 1. 组装成Node节点     Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);     Node pred = tail;     if (pred != null) {         node.prev = pred;         // 2. 在多线程竞争不激烈的情况下，通过CAS方法追加到同步队列末尾         if (compareAndSetTail(pred, node)) {             pred.next = node;             return node;         }     }     // 3. 在多线程竞争激烈的情况下，使用死循环保证追加到同步队列末尾     enq(node);     return node; }  // 创建Node节点，传参是线程，共享模式or排他模式 Node(Thread thread, Node mode) {     this.thread = thread;     this.nextWaiter = mode; }  // 通过死循环的方式，追加到同步队列末尾 private Node enq(final Node node) {     for (; ; ) {         Node t = tail;         if (t == null) {             if (compareAndSetHead(new Node()))                 tail = head;         } else {             node.prev = t;             if (compareAndSetTail(t, node)) {                 t.next = node;                 return t;             }         }     } }
　　再看一下addWaiter方法外层的acquireQueued方法，作用就是： 在追加到同步队列末尾后，再判断一下前驱节点是不是头节点。如果是，说明是第一个加入同步队列的，就再去尝试获取锁。 如果获取锁成功，就把自己设置成头节点。 如果前驱节点不是头节点，或者获取锁失败，就逆序遍历同步队列，找到可以将自己唤醒的节点。 最后才放心地将自己挂起 // 追加到同步队列末尾后，再次尝试获取锁 final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {     boolean failed = true;     try {         boolean interrupted = false;         for (; ; ) {             // 1. 找到前驱节点             final Node p = node.predecessor();             // 2. 如果前驱节点是头结点，就再次尝试获取锁             if (p == head && tryAcquire(arg)) {                 // 3. 获取锁成功后，把自己设置为头节点                 setHead(node);                 p.next = null;                 failed = false;                 return interrupted;             }             // 4. 如果还是没有获取到锁，找到可以将自己唤醒的节点             if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&                     // 5. 最后才放心地将自己挂起                     parkAndCheckInterrupt())                 interrupted = true;         }     } finally {         if (failed)             cancelAcquire(node);     } }
　　再看一下shouldParkAfterFailedAcquire方法，是怎么找到将自己唤醒的节点的？为什么要找这个节点？ // 加入同步队列后，找到能将自己唤醒的节点 private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {     int ws = pred.waitStatus;     // 1. 如果前驱节点的状态已经是SIGNAL状态（释放锁后，需要唤醒后继节点），就无需操作了     if (ws == Node.SIGNAL)         return true;     // 2. 如果前驱节点的状态是已取消，就继续向前遍历     if (ws > 0) {         do {             node.prev = pred = pred.prev;         } while (pred.waitStatus > 0);         pred.next = node;     } else {         // 3. 找到了不是取消状态的节点，把该节点状态设置成SIGNAL         compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);     }     return false; }
　　从代码中可以很清楚的看到，目的就是为了找到不是取消状态的节点，并把该节点的状态设置成SIGNAL。
　　状态是SIGNAL的节点，释放锁后，需要唤醒其后继节点。
　　简单理解就是：小弟初来乍到，特意来知会老大一声，有好事，多通知小弟。
　　再看一下释放锁的逻辑。 4.2 释放锁
　　释放锁的流程如下：
　　释放锁的代码逻辑比较简单： // 释放锁 public final boolean release(int arg) {     // 1. 先尝试释放锁，如果时候成功，则设置state-1，exclusiveOwnerThread=null（由子类实现）     if (tryRelease(arg)) {         Node h = head;         // 2. 如果同步队列中还有其他节点，就唤醒下一个节点         if (h != null && h.waitStatus != 0)             // 3. 唤醒其后继节点             unparkSuccessor(h);         return true;     }     return false; }
　　再看一下唤醒后继节点的方法 // 唤醒后继节点 private void unparkSuccessor(Node node) {     int ws = node.waitStatus;     // 1. 如果头节点不是取消状态，就重置成初始状态     if (ws < 0)         compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);      Node s = node.next;     // 2. 如果后继节点是null或者是取消状态     if (s == null || s.waitStatus > 0) {         s = null;         // 3. 从队尾开始遍历，找到一个有效状态的节点         for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)             if (t.waitStatus <= 0)                 s = t;     }     // 3. 唤醒这个有效节点     if (s != null)         LockSupport.unpark(s.thread); }4.3 await等待
　　await等待的流程：
　　持有锁的线程可以调用await方法，作用是：释放锁，并追加到条件队列末尾。 // 等待方法 public final void await() throws InterruptedException {     // 如果线程已中断，则中断     if (Thread.interrupted())         throw new InterruptedException();     // 1. 追加到条件队列末尾     Node node = addConditionWaiter();     // 2. 释放锁     int savedState = fullyRelease(node);     int interruptMode = 0;     // 3. 有可能刚加入条件队列就被转移到同步队列了，如果还在条件队列，就可以放心地挂起自己     while (!isOnSyncQueue(node)) {         LockSupport.park(this);         if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)             break;     }     // 4. 如果已经转移到同步队列，就尝试获取锁     if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE)         interruptMode = REINTERRUPT;     if (node.nextWaiter != null)         // 5. 清除条件队列中已取消的节点         unlinkCancelledWaiters();     if (interruptMode != 0)         reportInterruptAfterWait(interruptMode); }
　　再看一下addConditionWaiter方法，是怎么追加到条件队列末尾的？ // 追加到条件队列末尾 private Node addConditionWaiter() {     Node t = lastWaiter;     // 1. 清除已取消的节点，找到有效节点     if (t != null && t.waitStatus != Node.CONDITION) {         unlinkCancelledWaiters();         t = lastWaiter;     }     // 2. 创建Node节点，状态是-2（表示处于条件队列）     Node node = new Node(Thread.currentThread(), Node.CONDITION);     // 3. 追加到条件队列末尾     if (t == null)         firstWaiter = node;     else         t.nextWaiter = node;     lastWaiter = node;     return node; }4.4 signal唤醒
　　signal唤醒的流程：
　　唤醒条件队列的头节点，并追加到同步队列末尾。 // 唤醒条件队列的头节点 public final void signal() {     // 1. 只有持有锁的线程才能调用signal方法     if (!isHeldExclusively())         throw new IllegalMonitorStateException();     // 2. 找到条件队列的头节点     Node first = firstWaiter;     if (first != null)         // 3. 开始唤醒         doSignal(first); }  // 实际的唤醒方法 private void doSignal(Node first) {     do {         // 4. 从条件队列中移除头节点         if ((firstWaiter = first.nextWaiter) == null)             lastWaiter = null;         first.nextWaiter = null;         // 5. 使用死循环，一定要转移一个节点到同步队列     } while (!transferForSignal(first) &&             (first = firstWaiter) != null); }
　　到底是怎么转移到同步队列末尾的？ // 实际转移方法 final boolean transferForSignal(Node node) {     // 1. 把节点状态从CONDITION改成0     if (!compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, 0))         return false;      // 2. 使用死循环的方式，追加到同步队列末尾（前面已经讲过）     Node p = enq(node);     int ws = p.waitStatus;     // 3. 把前驱节点状态设置SIGNAL（通知他，别忘了唤醒老弟）     if (ws > 0 || !compareAndSetWaitStatus(p, ws, Node.SIGNAL))         LockSupport.unpark(node.thread);     return true; }5. 总结
　　看完整个AQS的源码，是不是完全理解了AQS加锁、释放锁、以及同步队列和条件队列数据流转的逻辑了。
　　连AQS这么复杂的源码你都搞清楚了，下篇带你一块学习ReentrantLock源码，应该就轻松多了。
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