前言
AQS即AbstractQueuedSynchronizer，是JUC包中的一個核心抽象類，JUC包中的絕大多數功能都是直接或間接通過它來實現的。本文是AQS系列的第一篇，后面會持續更新多篇，爭取將JUC包中AQS相關的常用功能講清楚，一方面鞏固自己的知識體系，一方面亦可與各位園友互相學習。寒冷的冬天，要用技術來溫暖自己。
一、AQS與ReentrantLock的關系
先奉上一張自制的丑陋類圖
從下往上看，ReentrantLock類內部有兩個靜態內部類FairSync和NonfairSync，分別代表了公平鎖和非公平鎖（注意ReentrantLock實現的鎖是可重入排它鎖）。這兩個靜態內部類又共同繼承了ReentrantLock的一個內部靜態抽象類Sync，此抽象類繼承AQS。
類的關系搞清楚了，我們下面一起看一下源碼。
二、源碼解讀
ReentrantLock的默認構造方法創建的是非公平鎖，也可以通過傳入true來指定生成公平鎖。下面我們以公平鎖的加鎖過程為例，進行解讀源碼。在解讀源碼之前需要先明確一下AQS中的state屬性，它是int類型，state=0表示當前lock沒有被占用，state=1表示被占用，如果是重入狀態，則重入了幾次state就是幾。
1 public class JucLockDemo1 { 2 public static void main(String[] args){ 3 ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true); 4 Thread t1 = new Thread(() -> { 5 lock.lock(); 6 // 業務邏輯 7 lock.unlock(); 8 }); 9 t1.start(); 10 System.out.println("main end"); 11 } 12 }
其中第5行lock方法點進去的代碼：
1 public void lock() { 2 sync.lock(); 3 }
直接調了sync的lock方法，sync下面的lock方法是抽象方法，方法邏輯取決於具體的實現類，因為我們這里創建的是公平鎖，所以進FairSync看它的lock方法實現：
1 final void lock() { 2 acquire(1); 3 }
FairSync中的lock方法很簡單，直接調用了acquire方法，參數是1，繼續跟蹤：
1 public final void acquire(int arg) { 2 if (!tryAcquire(arg) && 3 acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)) 4 selfInterrupt(); 5 }
acquire方法位於AQS中，很重要，雖然只有短短的三行，但是里面的內容非常多。下面對里面的方法分別進行解讀。
方法1：tryAcquire(arg)
此方法在FairSync中進行了實現，代碼如下所示：
1 protected final boolean tryAcquire(int acquires) { 2 final Thread current = Thread.currentThread(); 3 int c = getState(); 4 // 判斷state狀態，如果是0表示鎖空閑，可以去嘗試獲取 5 if (c == 0) { 6 if (!hasQueuedPredecessors() && 7 compareAndSetState(0, acquires)) { 8 setExclusiveOwnerThread(current); 9 return true; 10 } 11 }// exclusiceOwnerThread存放的是當前運行的獨占線程，如果此處判斷為true，說明是當前線程第二次加鎖，可以重入，只是要將state+1 12 else if (current == getExclusiveOwnerThread()) { 13 int nextc = c + acquires; 14 if (nextc < 0) 15 throw new Error("Maximum lock count exceeded"); 16 setState(nextc); 17 return true; 18 } 19 return false; 20 }
第二個if判斷很好理解，是ReentrantLock對重入和排他的支持（所以說它是可重入排他鎖），但是判斷c==0之后的邏輯就比較麻煩了。
首先理解一下當前的邏輯：如果state=0說明lock空閑，又因為是公平鎖，所以要先判斷當前AQS隊列中還有沒有排隊的任務，如果沒有的話，就走一個CAS將state改成1，然后設置排他的執行線程，獲取執行權；如果隊列中有任務，那么acquire方法只能先返回false了。那么可以推斷出，hasQueuedPredecessors方法就是用來判斷隊列中是否有排隊的。
點進去看看Lea大神的實現邏輯吧。
1 public final boolean hasQueuedPredecessors() { 2 // The correctness of this depends on head being initialized 3 // before tail and on head.next being accurate if the current 4 // thread is first in queue. 5 Node t = tail; // Read fields in reverse initialization order 6 Node h = head; 7 Node s; 8 return h != t && 9 ((s = h.next) == null || s.thread != Thread.currentThread()); 10 }
代碼不多，但表達的意思比較晦澀。第一個判斷h！=t，如果h=t，說明隊列是空的，這時這個判斷條件是false，方法直接就返回了，這時外面的if取反是true，會繼續走CAS搶占state和排他線程，獲取鎖，這種情況的路就走完了。如果h！=t為true，說明現在隊列中有任務，這時進入后面的大括號 ((s = h.next) == null || s.thread != Thread.currentThread()) ，在隊列中有任務的情況下，還有兩種可能，一種是隊列中的第一個任務就是當前線程，另一種是第一個任務不是當前線程。因為是公平鎖，如果第一個任務時當前線程的話，那么它有權再去申請一下獲取鎖，如果第一個任務不是當前線程，那么當前線程就乖乖排隊吧，等前面的執行完了才能輪到你。后面的大括號就是對這兩種情況進行了區分，我們用反向邏輯來分析。方法hasQueuedPredecessors表示如果當前線程可以去競爭鎖則返回false，不能競爭鎖則返回true后面大括號結果為false的話當前線程才會去搶占鎖，一個或運算怎樣才能是false？或的兩邊都是false，就是說要(s = h.next) != null && s.thread == Thread.currentThread()，意思就是隊列中第一個任務不為空且第一個任務就是當前線程，而這個&&的非與上述源碼中的||在邏輯上是等價的，所以到這里意思就清楚了，return的&&連接的兩個條件意思是：判斷是否隊列不為空且（第一個任務為空或者不是當前線程）。
hasQueuedPredecessors方法講完，tryAcquire方法就沒有什么難點了，這時我們回到上面開始的acquire(int arg)方法。如果tryAcquire返回的是true，說明獲取到了鎖，那么就不會再走后面的流程了；如果返回的是false，則進入acquireQueue。但我們先看里面的addWaiter方法。
方法2： addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)
此方法用於生成當前線程的node節點並把它放在隊尾，方法源碼：
1 private Node addWaiter(Node mode) { 2 Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);// 創建當前線程的node節點 3 // Try the fast path of enq; backup to full enq on failure 4 Node pred = tail; 5 if (pred != null) { // 判斷隊尾是否為空，如果不為空則將node節點拼接在后面 6 node.prev = pred; // 將node節點連接到隊尾節點 7 if (compareAndSetTail(pred, node)) { // 通過CAS將node節點放到隊尾 8 pred.next = node; // 如果CAS操作成功了，那么將原隊尾節點的next連接到node節點，組成雙向隊列 9 return node; 10 } 11 } 12 enq(node); // 能到這里的話分兩種情況：1、隊尾是空的；2、隊尾不是空的，但是進行CAS操作時由於被其他線程搶占導致失敗； 13 return node; 14 }
通過注解大家應該能梳理清楚邏輯，下面着重說一下enq(node)方法的實現：
1 private Node enq(final Node node) { 2 for (;;) { 3 Node t = tail; 4 if (t == null) { // Must initialize 隊尾是null，符合前面說的第一種情況 5 if (compareAndSetHead(new Node())) // 設置隊首 6 tail = head; // 隊首隊尾都初始化成空node 7 } else { // 隊尾不為空，是前面說的第二種情況，此種情況的處理邏輯同上面對pred != null的處理 8 node.prev = t; 9 if (compareAndSetTail(t, node)) { 10 t.next = node; 11 return t; 12 } 13 } 14 } 15 }
可以看到此方法無限循環，直到執行完else中的邏輯。此處需要注意的一點是，如果剛開始時隊列是空的，即tail是null，會觸發隊首隊尾的初始化，初始化之后再一次循環會進入else中，將node放到原隊尾的后面，返回t。注意返回的t沒有用到，是在其他場景的方法中用的。
方法3：acquireQueued(final Node node, int arg)
該方法用於獲取鎖，返回值表示當前獲取到鎖的線程在獲取鎖的過程中是否中斷過，下面先看源碼：
1 final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) { 2 boolean failed = true; 3 try { 4 boolean interrupted = false; 5 for (;;) { 6 final Node p = node.predecessor(); // 獲取當前節點的前一個節點 7 if (p == head && tryAcquire(arg)) { // 如果p==head說明node是第一個任務，那么就可以通過tryAcquire去獲取鎖 8 setHead(node); // 獲取鎖成功，則將node放到隊首位置，並將thread和prev置為null 9 p.next = null; // help GC 再將p的next置為null，切斷與外界的一切聯系 10 failed = false; 11 return interrupted; 12 }// 下面if中的兩個方法很重要，着重講解 13 if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) && 14 parkAndCheckInterrupt()) 15 interrupted = true; 16 } 17 } finally { 18 if (failed) 19 cancelAcquire(node); 20 } 21 }
通過注解，相信對第一個if中的邏輯能理解清楚，下我們着重講解第二個if中的兩個方法。
第一個是 shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) 方法，此方法的邏輯為：
1 private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) { 2 int ws = pred.waitStatus; // 1、對於新建的Node節點，此狀態都為0（只有addConditionWaiter新建node節點時才不是0） 3 if (ws == Node.SIGNAL) 4 // 3、在2中將ws置為-1后，該方法返回false，外層for循環再走一圈，第二次進入此方法時會進入這里，直接返回true。 -1的狀態表示可以將當前線程park 5 return true; 6 if (ws > 0) { 7 8 do { 9 node.prev = pred = pred.prev; 10 } while (pred.waitStatus > 0); 11 pred.next = node; 12 } else { 13 // 2、是ws=0的話會進入這里，將ws置為-1，0的狀態表示還不能park 14 compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL); 15 } 16 return false; 17 }
如果返回的是true，則進入第二個方法將當前線程暫停：
1 private final boolean parkAndCheckInterrupt() { 2 LockSupport.park(this); 3 return Thread.interrupted(); 4 }
當前面的線程執行完畢，喚醒這個線程的時候，就會從第三行開始繼續執行for循環中獲取鎖的邏輯，直到獲取鎖。
到這里，ReentrantLock的lock方法便結束了，整體流程就是這樣。看JUC包中的源碼，可以看到寫的很簡潔，有時一兩個簡單的判斷條件卻代表了非常多的意思，充分顯示了編程者縝密又舉重若輕的實力，讀這樣的源碼，有一種看本格推理小說般的思維上的愉悅感。
下一節我們將介紹unlock方法的原理，與本節最后一個方法就能接上了，下期再會！