一马平川

不积跬步无以至千里，后继才能薄发

队列同步器的作用

在多线程应用中，关键在于对状态依赖的管理以及对线程状态的管理。
因为资源不是无限的，如I/O资源、内存资源、CPU资源等，需要对线程进行控制，获取不到资源的线程需要进行阻塞或者挂起，这就引入了队列同步器中的一个关键属性：队列，获取不到资源的线程需要阻塞，然后在队列中等待唤醒。

状态依赖管理

对于加锁有前验的条件验证，也就是状态依赖。如：一个阻塞队列，put的时候队列不能为满，get的时候队列不能为空等。在一个线程安全类中，通常不止一个需要唤醒线程情况，如果使用Synchronized进行实现，就会产生不少问题，在下面会进行讲解。

条件队列

如果我们能够将等待不同条件的线程分开进行管理，如一个阻塞队列，在get为空的时候阻塞，则需要被put的操作唤醒，而不是get操作，这时候就引入了条件队列这一概念了，条件队列可以使得一组线程组成一条或多条队列，对特定条件进行排队等待。

条件谓语

条件谓语就是线程能够继续执行的前验条件，一个条件队列可能会有一个或多个条件谓语，条件谓语成真时线程继续执行，否则等待谓语成真。一个条件队列就是一组线程等待一个条件谓语组成的，多个条件队列就组成了一个完整的同步工具类，如 ReentrantLock

线程唤醒时的意外情况

过早唤醒

由于一个条件队列中可能会有多个条件谓语，在线程被唤醒时，可能并不意味着这个线程等待的条件谓语成真，所以需要在被唤醒之后再进行一次条件谓语的验证，不为真则继续等待。

丢失信号

线程A通知了一个条件队列，线程B随后在这个条件队列中等待，线程B错过了通知需要等待另一个通知才能醒来。在线程等待之前没有做条件谓语为真的校验就会导致丢失信号。

AbstractQueuedSynchronizer的组成

• 资源状态 State
  在独占锁的场景下, 可以理解为资源占有的标识位; 在共享锁的情况下, 可以作为资源数量理解.

• 双向等待队列（CLH队列）
  CLH队列全称是(Craig, Landin, andHagersten) lock queue, 用来存储被阻塞的线程信息.

独占锁和共享锁

• 共享锁
  可以有多个线程同时执行, 线程执行个数也会受到state限制, 如Semaphore,CountDownLatch等等

• 独占锁
  当前只有一个线程能够运行, 如ReentrantLock;

公平锁和非公平锁

• 公平锁
  在请求资源时，如果无法获取，严格按照队列顺序，进入等待队列。

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//ReentrantLock.java
final void lock() {
    acquire(1);
}

• 非公平锁
  每个线程不管是否有其他线程等待, 都会先通过CAS操作尝试抢占锁, 抢占失败再去CLH队列中等待锁资源释放

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//ReentrantLock.java
 final void lock() {
        if (compareAndSetState(0, 1))
            setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
        else
            acquire(1);
    }

CAS操作

AQS在获得资源状态state, 以及添加阻塞线程到CLH队尾时都是使用CAS操作解决线程间资源抢占问题的

• 获取资源

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compareAndSetState(0, 1);

• 添加线程到CLH队尾, Node中封装线程及锁独占或共享标识

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//AbstractQueuedSynchronizer.java
private Node addWaiter(Node mode) {
    Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
    // Try the fast path of enq; backup to full enq on failure
    Node pred = tail;
    if (pred != null) {
        node.prev = pred;
        if (compareAndSetTail(pred, node)) {
            pred.next = node;
            return node;
        }
    }
    enq(node);
    return node;
}

线程阻塞及唤醒

在AQS中, 当线程抢占资源失败时, 会调用unsafe.park()方法阻塞线程;

当其他线程释放资源时, 也会调用unsafe.unpark()唤醒线程;

条件谓语

AQS中将条件谓语封装成 Condition ，一个 Condition 会记录线程等待头节点和尾节点，实现在唤醒时对需要的阻塞线程进行唤醒

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//AbstractQueuedSynchronizer.java
    public class ConditionObject implements Condition, java.io.Serializable {
        private static final long serialVersionUID = 1173984872572414699L;
        /** First node of condition queue. */
        private transient Node firstWaiter;
        /** Last node of condition queue. */
        private transient Node lastWaiter;
        //省略其他代码
    }