1.什么是AQS
AQS，全称 AbstractQueuedSynchronizer，位于 java.util.concurrent.locks 包下。
是JDK 1.5提供的一套用于实现阻塞锁和一系列依赖FIFO等待队列的同步器(First Input First Output 先进先出)的框架实现。
是除了java自带的 synchronized 关键字之外的锁机制。
我们常用的 ReentrantLock、Semaphore、CountDownLatch、CyclicBarrier等并发类均是基于AQS来实现的。具体用法是通过继承AQS，并实现其模板方法，来达到同步状态的管理。
可以将 AQS 作为一个队列来理解。
2.功能划分
AQS的功能在使用中可以分为两种：独占锁 和 共享锁
- 独占锁：每次只能有一个线程持有锁。eg：ReentrantLock就是独占锁
- 共享锁：允许多个线程同时获得锁，并发访问共享资源。eg：ReentrantReadWriteLock中的读锁、CountDownLatch
3.AQS原理分析
AQS分析，在 AbstractQueuedSynchronizer 类中，有一个静态内部类 Node，如下图所示
此处，静态内部类 Node 相当于一个包装类。Node节点，实际上是一个双向链表的结构。
Node 节点的实际原理是：如果当前线程执行时发现，已经有其他线程获得锁，那么 AQS 会将当前阻塞线程包装成一个 Node 节点，添加到同步队列中，同时会让当前线程阻塞（此处使用的是LockSupport.park()阻塞的）
Node 主要属性
static final class Node {
//表示节点的状态，包含 SIGNAL、CANCELLED、CONDITION、PROPAGATE、INITIAL
volatile int waitStatus;
//前继节点
volatile Node prev;
//后继节点
volatile Node next;
//当前线程
volatile Thread thread;
//存储在 condition 队列中的后继节点
Node nextWaiter;
}节点状态介绍
SIGNAL：值为-1，后继节点的线程处于等待状态，如果当前节点的线程释放了同步状态或者被取消时，将会通知后继节点，使后继节点得以运行。
CANCELLED：值为1，由于在同步队列中等待的线程等待超时、被中断时，需要从同步队列中取消等待，节点进入该状态将不会变化。
CONDITION：值为-2，节点在等待队列中，节点线程等待在 Condition 上，当其他线程对 Condition 调用了 signal()方法后，该节点将会从等待队列中转移至同步队列中，加入到对同步状态的获取中来。
PROPAGATE：值为-3，表示下一次共享式同步状态获取将会无条件的被传播下去。
INITIAL：值为0，初始状态。
备注：节点状态源码分析处会有使用到。signal()方法类似于 Thread.notify()方法
AQS中两个主要属性
AQS中有一个被 volatile 修饰，并且不可序列化的两个属性：head 和 tail（即：链表的头部和尾部）
/**
* Head of the wait queue, lazily initialized.
*/
private transient volatile Node head;
/*
* Tail of the wait queue, lazily initialized. .
*/
private transient volatile Node tail;图示（Node结构 && AQS同步器）
图片解析
AQS中有多个线程，在同步器中等待，如下图所示（链表结果，前一个 Node节点 的 next 指向后一个 Node，后一个Node节点 prev 指向前一个Node。节点为空，则指向为 null）
当前线程获得同步锁后，其他线程是无法获取到锁的。此时没有获得同步锁的线程，会被以 Node 节点的形式加入到上图中的同步队列中。
但是在加入的过程中，必须要保证线程的安全性。如果在加入的过程中，多个线程都在同步竞争这把锁，那么此时则会存在安全问题。针对此处的安全问题，使用到了 CAS（后续会有介绍）。
如果需要把一个未获得锁的线程，加入到一个AQS环形链表尾部的话，此处会使用到 compareAndSetTail()方法，来把一个Node 节点加入到环形链表的尾部。
/**
* CAS tail field. Used only by enq.
*/
private final boolean compareAndSetTail(Node expect, Node update) {
return unsafe.compareAndSwapObject(this, tailOffset, expect, update);
}
如果是初次（此时链表为空，即链表中没 Node 节点）往链表中添加节点，此处会使用到 compareAndSetHead() 方法，来把一个 Node 节点加入到换新链表的头部。
/**
* CAS head field. Used only by enq.
*/
private final boolean compareAndSetHead(Node update) {
return unsafe.compareAndSwapObject(this, headOffset, null, update);
}通过 CAS 操作，线程一定是安全的。CAS操作成功，此时节点就会加入到环形同步链表中了。环形链表释放锁的过程，请继续往下看。
链表释放锁过程
head 首节点在释放锁时，会唤醒后续的节点（即：next 指向的节点），后续节点此时会尝试去获取锁。获取锁的过程，就是通过上面描述的叫做 compareAndSetHead() 的方法。该方法会将该节点设置成头结点，如果设置头结点成功的话，则说明当前节点获得了这把锁。
切记：首节点在释放锁的同时，同时会取消与下一节点之间的关联关系，并被回收。最终状态即 AQS 的 head 和 tail 均指向最后一个 Node 节点（如下图所示，以3个节点为例）
接下来将会从AQS 过渡到 CAS，从CAS层面来分析，如何保证线程的安全性
CAS原理(源码)分析
在 AQS 中，除了本身的链表结构以外，还有一个很关键的功能，那就是CAS。它能够解决线程在高并发情况下的线程安全问题。接下来我们就从 compareAndSetXXX() 方法入手分析 。
/**
* CAS head field. Used only by enq.
*/
private final boolean compareAndSetHead(Node update) {
return unsafe.compareAndSwapObject(this, headOffset, null, update);
}
/**
* CAS tail field. Used only by enq.
*/
private final boolean compareAndSetTail(Node expect, Node update) {
return unsafe.compareAndSwapObject(this, tailOffset, expect, update);
}
1.Unsafe类
在 AQS 设置首节点和为节点的方法中，我们发现它们调用的都是 unsafe.compareAndSwapObject() 方法。那么我们先来普及一下 Unsafe 类。
Unsafe 类是在 sun.misc 包下，并不属于 Java 标准，但是很多 Java 的基础类库，包括一些被广泛使用的高性能开发库都是基于 Unsafe 类来开发的，比如：Netty、Hadoop、Kafka 等。
我们可以认为 Unsafe 类是 Java 中留下的后门。在 JDK 层面上定义的这么一个 Unsafe 类，它提供了一下偏底层操作，可以调用 JVM 层面上的方法。如：使用Unsafe类可以①直接访问内存 ②线程调度 等。
2.unsafe.compareAndSwapObject() 分析
public final native boolean compareAndSwapObject(Object var1, long var2, Object var4, Object var5);我们发现 compareAndSwapObject() 方法，是一个由 native 修饰的方法。Native Method 就是一个 java 调用非 java 代码的接口。这个也比较好理解，因为 java 底层本来就是用 C/C++ 来开发的，所以当然有对应接口去直接调用C/C++写的方法。众所周知 java 对底层的操作远不如 C/C++ 灵活，所以可以通过直接调用非 java 代码来实现对底层的操作。
参考 compareAndSetTail()方法，来分析一下 compareAndSwapObject() 方法具体传递的参数情况吧。
private final boolean compareAndSetTail(Node expect, Node update) {
//this:需要改变的对象
//tailOffset:偏移量
//expect:期望值
//update：更新后的值
return unsafe.compareAndSwapObject(this, tailOffset, expect, update);
}此处 tailOffset 偏移量，具体又是个什么东西呢？我们接下来继续深入，分析 tailOffset 参数。
3.tailOffset/headOffset 偏移量参数分析
private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();
private static final long stateOffset;
private static final long headOffset;
private static final long tailOffset;
private static final long waitStatusOffset;
private static final long nextOffset;
static {
try {
stateOffset = unsafe.objectFieldOffset
(AbstractQueuedSynchronizer.class.getDeclaredField("state"));
headOffset = unsafe.objectFieldOffset
(AbstractQueuedSynchronizer.class.getDeclaredField("head"));
tailOffset = unsafe.objectFieldOffset
(AbstractQueuedSynchronizer.class.getDeclaredField("tail"));
waitStatusOffset = unsafe.objectFieldOffset
(Node.class.getDeclaredField("waitStatus"));
nextOffset = unsafe.objectFieldOffset
(Node.class.getDeclaredField("next"));
} catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }
}我们发现偏移量这块，调用的也是 Unsafe 类。通过调用 Unsafe 类中的 objectFieldOffset() 方法，通过反射的方式去获得当前成员变量的内存地址。
那内存地址又是用来干嘛的呢？
任何一个类中的字段，都是会按照一定的顺序在内存中有一个地址进行存放。然后通过 unsafe.objectFieldOffset() 方法，我们可以准确的知道 head、tail 等这些对象字段在内存地址中的偏移量。
那偏移量又是干嘛的呢？
JVM 会根据偏移量来找到该对象(成员变量)在内存中的具体位置。
分析完偏移量之后，我们回到 unsafe.compareAndSwapObject() 方法。如果想要继续了解 native 定义的方法，那么你则需要进入到 JVM 层面进行分析，此处不再继续介绍。我们只要知道 compareAndSetHead()、compareAndSetTail() 方法的大致操作就可以了。
AQS 原理分析，介绍到此为止
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End
