51工具盒子大家好，我是指北君。
最近在学习Java并发编程，但学了很久，总觉得差点意思，因为只会使用相关工具类，却不知实现原理，有时候写出了bug也不知道啥原因，所以指北君一怒之下，决定死磕java.util .concurrent工具包下的源码！！经过一个月的熬灯夜读，指北君总于小有所成，现在决定输出这一个月的所有收获！
JUC包下的类这么多，我们先从哪个开始呢？这个答案是唯一的，那就是AQS!
前言 {#前言}
别急，在指北君谈AQS之前，想先问问大家知不知道并发需要关注的两个核心问题？不知道？那这个必须知道！第一个问题是互斥，即同一时间只允许一个线程访问共享资源，第二个是同步，即线程如何进行通信和协作。
那我们又是怎么解决这两个问题的呢？那就是我们大名鼎鼎的管程和信号量了！但我们今天先说说管程，为啥大家后面就知道了。
那什么是管程呢？所谓管程，就是管理共享变量以及对共享变量操作的过程，其有三种模型，分别为 Hasen 模型、Hoare 模型和 MESA 模型。目前应用最广泛的是MESA模型，而JAVA采用的也是这种MESA模型（其模型图如下图所示）：
可能这个图大家现在还看不太明白，没关系，暂时留个印象，当看完指北君AQS系列文章以后，你再回过头来看这个图，肯定秒懂！
Java中的synchronized关键字就是其管程的具体实现，当然，今天所要聊的AQS同样也是。AQS是Java并发编程的基础，只要掌握它，java.util .concurrent工具包下的大部分工具类源码你都能在10分钟内看懂，连源码都懂了，还怕不知道怎么用吗?！
所以，针对AQS，指北君将用三篇文章来讲解：
第一篇即本篇，我会将AQS做个整体的介绍，并将其基础总结成了三把斧头，有了这三把斧头，你就能快速斩获AQS
第二篇我们则讲AQS如何通过锁机制解决互斥问题
第三篇则是AQS如何通过条件变量来解决线程通信协作问题
好了，现在随着指北君开始第一篇的学习吧
AQS是什么 {#aqs是什么}
好了，本文的正篇正式开始。前言说了半天AQS，AQS到底是什么呢？AQS全称为AbstractQueuedSynchronizer，翻译成中文即：抽象队列同步器，它是java.util .concurrent工具包下的抽象类，也是一个模板类（设计模式中的模板模式可以了解一波），你也可以理解为为开发人员提供的一种同步框架，它已经帮我们实现了大部分公共通用逻辑，如线程入队、出队，阻塞、唤醒等，我们只需要根据我们自己的需求，实现一些特定的方法，这些方法也叫钩子方法，比如下面几个方法：
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tryAcquire：独占模式下获取同步状态
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tryRelease：独占模式下释放同步状态
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tryAcquireShared：共享模式下获取同步状态
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tryReleaseShared：共享模式下释放同步状态
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isHeldExclusively：独占模式下，查看当前线程是否获取同步状态
AQS针对互斥，提供了两种模式，即独占模式和共享模式。独占模式只允许一个线程拿到锁去操作共享资源，而共享锁则有多把锁，允许多个线程同时操作共享资源，这个第二篇会详细讲解，在这之前我们需要先了解AQS的三板斧，这三个是了解AQS的基础：
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状态：AQS中的所有逻辑都是依据状态state来进行的，所以它是整个类的和兴。它是被关键字volatile修饰的，保证其可见性和部分有序性
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队列：一共有两种队列，同步队列和条件队列。当线程的请求在短时间内得不到满足时，线程会被包装成某种类型的数据结构放入队列中，当条件满足时则会拿出队列。
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CAS：由Unsafe工具类来实现的，其操作具有原子性，AQS通过CAS和volatile来保证状态的线程安全
第一板斧：状态 {#第一板斧状态}
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| 1 | private volatile int state; |
状态是被volatile修饰的int类型变量，它的值代表着锁还剩多少。在独占锁模式下，只有一把锁，则state只有0和1两个值，1代表锁没被其他线程占有，目前可获取；0则代表锁已经被其他线程占有了。在共享锁模式下，state最大值就是锁的数量。
后面我们对state的修改都是通过CAS操作，所以是线程安全的。
第二板斧：队列 {#第二板斧队列}
AQS中存在两种队列，一种叫同步队列，它是双向链表，其获取锁失败的线程会被包装成Node放入同步队列中；另一种叫条件队列，它是单向链表，线程可以调用等待方法来把自己放入条件队列，或者调用唤醒方法把条件队列的其他被包装成Node的线程移到同步队列中。这个大家如果此时看不太懂没关系，第三篇文章会详细介绍这个等待唤醒机制。我们来看看线程包装成Node的Node类：
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指北君已经在源码上做了详细的注释，但这几个关键的属性上还是提出来单独看看。
下面四个属性是和节点相关的：
- prev：双向链表的前驱节点
- next：双向链表的后继节点
- thread：节点所代表的线程
- waitStatus：该节点线程所处的状态，即等待锁的状态
下面四个属性是waitStatus的具体状态：
- CANCELLED：此节点的线程被取消了
- SIGNAL：此节点的后继节点线程被挂起，需要被唤醒
- CONDITION：此节点的线程在等待信号，也表明当前节点不在同步队列中，而在条件队列中
- PROPAGATE：此节点下一个acquireShared应该无条件传播
关于waitStatus有几个点需要注意下：
- waitStatus除了上面四个状态，还有一个隐式的状态为0，即在Node初始化的时候
- 在独占锁模式下，只会有到状态CANCELLED和SIGNAL。需要特别注意的是，SIGNAL它代表的不是自己线程的状态，而是它后继节点的状态，当一个节点waitStatus为SIGNAL时，意味着此节点的后继节点被挂起，当此节点释放锁或者被取消拿锁，应该要唤醒后继节点
- 在共享锁模式下，只会用到状态CANCELLED和PROPAGATE
第三板斧：CAS {#第三板斧cas}
CAS又叫比较交换操作，它是Unsafe类中compareAndSwapXXX方法，我通过下面的例子做个简单的介绍：
|-----------|----------------------------------------------------------------|
| 1 | unsafe.compareAndSwapObject(this, tailOffset, expect, update); |
CAS执行时，会拿地址tailOffset上的值与expect做比较，如果相同，则会将地址上的值更新为update，并返回true，否则直接返回false。
了解了CAS的基本例子后，我们看下AQS中CAS相关的代码：
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我们说第二板斧的时候说过，其五个属性state、head、tail，waitStatus、next都是被volatile修饰的，所以CAS对其操作能保证其线程安全，因此也可以猜到这些属性肯定是多线程争着修改的目标。静态块里则是对这五个属性偏移量进行初始化。
总结 {#总结}
AQS的三板斧就介绍完啦，我们再来简单回顾下：
AQS（AbstractQueuedSynchronizer）是java.util .concurrent工具包下的抽象类，它通过实现MESA管程来解决并发领域中的同步与互斥问题。AQS实现中最重要的三点就是状态、CAS和队列，我们也称之为AQS的三板斧。AQS的一切操作都是依据状态state来的，它是被volatile修饰的全局变量，因此我们通过CAS操作使其线程安全。队列是维护阻塞等待线程的容器，所有未获得锁或被要求等待的线程都会被包装成Node放入队列中。
AQS第一篇就到这里了，这篇是AQS的基础，而后面指北君会通过另外两篇文章具体介绍AQS是如何解决并发领域中的互斥和同步问题的，敬请期待~
