AQS和CAS原理¶

AQS概述¶

全称是 AbstractQueuedSynchronizer，是阻塞式锁和相关的同步器工具的框架

本质上是一个抽象类，主要用来构建锁和同步器

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（CLH锁）

CLH 锁是对自旋锁的一种改进，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）

AQS 使用 int 成员变量 state 表示同步状态，通过内置的线程等待队列来完成获取资源线程的排队工作。

state 变量由 volatile 修饰，用于展示当前临界资源的获锁情况。

// 共享变量，使用volatile修饰保证线程可见性
private volatile int state;

另外，状态信息 state 可以通过 protected 类型的 getState()、setState()和 compareAndSetState() 进行操作。这几个方法都是 final 修饰的，在子类中无法被重写。

//返回同步状态的当前值
protected final int getState() {
     return state;
}
 // 设置同步状态的值
protected final void setState(int newState) {
     state = newState;
}
//原子地（CAS操作）将同步状态值设置为给定值update如果当前同步状态的值等于expect（期望值）
protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
      return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
}

特点:

用state属性来表示资源的状态（分独占模式和共享模式)，子类需要定义如何维护这个状态，控制如何获取锁和释放锁
- getState - 获取state状态
- setState - 设置state状态
- compareAndSetState -乐观锁机制设置state状态
- 独占模式是只有一个线程能够访问资源，而共享模式可以允许多个线程访问资源
提供了基于FIFO的等待队列，类似于Monitor的 EntryList
条件变量来实现等待、唤醒机制，支持多个条件变量，类似于Monitor的 WaitSet

子类主要实现这样一些方法（默认抛出UnsupportedOperationException)

tryAcquire
tryRelease
tryAcquireShared
tryReleaseShared
isHeldExclusively

获取锁：

// 如果获取锁失败
if(!tryAcquire(arg)){
    // 入队, 可以选择阻塞当前线程
    // 使用
}

释放锁：

// 如果释放锁成功
if(tryRelease(arg)){
    // 让阻塞线程恢复运行
}

CAS¶

不加锁，同样实现线程安全

CAS（compareAndSet或者compareAndSwap）

原子类¶

以 AtomicInteger 类为例：

public class AtomicInteger extends Number implements java.io.Serializable {

    // setup to use Unsafe.compareAndSwapInt for updates
    private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();
    private static final long valueOffset;

    static {
        try {
            valueOffset = unsafe.objectFieldOffset
                (AtomicInteger.class.getDeclaredField("value"));
        } catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }
    }

    private volatile int value;

    /**
     * Atomically sets the value to the given updated value
     * if the current value {@code ==} the expected value.
     *
     * @param expect the expected value
     * @param update the new value
     * @return {@code true} if successful. False return indicates that
     * the actual value was not equal to the expected value.
     */
    // 如果当前值和线程里面的旧值一样, 则把当前值更新成线程想要更新的值
    // 如果不一样, 则不修改
    public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
        return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
    }
}

看到 P161