简介
提供了一个基于FIFO队列，可以用于构建锁或者其他相关同步装置的基础框架。该同步器（以下简称同步器）利用了一个int来表示状态，期望它能够成为实现大部分同步需求的基础。使用的方法是继承，子类通过继承同步器并需要实现它的方法来管理其状态，管理的方式就是通过类似acquire和release的方式来操纵状态。然而多线程环境中对状态的操纵必须确保原子性，因此子类对于状态的把握，需要使用这个同步器提供的以下三个方法对状态进行操作：
java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.getState()
java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.setState(int)
java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.compareAndSetState(int,int)
子类推荐被定义为自定义同步装置的内部类，同步器自身没有实现任何同步接口，它仅仅是定义了若干acquire之类的方法来供使用。该同步器即可以作为排他模式也可以作为共享模式，当它被定义为一个排他模式时，其他线程对其的获取就被阻止，而共享模式对于多个线程获取都可以成功。
同步器是实现锁的关键，利用同步器将锁的语义实现，然后在锁的实现中聚合同步器。可以这样理解：锁的API是面向使用者的，它定义了与锁交互的公共行为，而每个锁需要完成特定的操作也是透过这些行为来完成的（比如：可以允许两个线程进行加锁，排除两个以上的线程），但是实现是依托给同步器来完成；同步器面向的是线程访问和资源控制，它定义了线程对资源是否能够获取以及线程的排队等操作。锁和同步器很好的隔离了二者所需要关注的领域，严格意义上讲，同步器可以适用于除了锁以外的其他同步设施上（包括锁）。
同步器的开始提到了其实现依赖于一个FIFO队列，那么队列中的元素Node就是保存着线程引用和线程状态的容器，每个线程对同步器的访问，都可以看做是队列中的一个节点。Node的主要包含以下成员变量：
以上五个成员变量主要负责保存该节点的线程引用，同步等待队列（以下简称sync队列）的前驱和后继节点，同时也包括了同步状态。
| 属性名称 | 描述 |
| intwaitStatus | 表示节点的状态。其中包含的状态有：
CANCELLED，值为1，表示当前的线程被取消；
SIGNAL，值为-1，表示当前节点的后继节点包含的线程需要运行，也就是unpark；
CONDITION，值为-2，表示当前节点在等待condition，也就是在condition队列中；
PROPAGATE，值为-3，表示当前场景下后续的acquireShared能够得以执行；
值为0，表示当前节点在sync队列中，等待着获取锁。
|
| Nodeprev | 前驱节点，比如当前节点被取消，那就需要前驱节点和后继节点来完成连接。 |
| Nodenext | 后继节点。 |
| NodenextWaiter | 存储condition队列中的后继节点。 |
| Threadthread | 入队列时的当前线程。 |
节点成为sync队列和condition队列构建的基础，在同步器中就包含了sync队列。同步器拥有三个成员变量：sync队列的头结点head、sync队列的尾节点tail和状态state。对于锁的获取，请求形成节点，将其挂载在尾部，而锁资源的转移（释放再获取）是从头部开始向后进行。对于同步器维护的状态state，多个线程对其的获取将会产生一个链式的结构。
API说明
实现自定义同步器时，需要使用同步器提供的getState()、setState()和compareAndSetState()方法来操纵状态的变迁。
| 方法名称 | 描述 |
| protectedbooleantryAcquire(intarg) | 排它的获取这个状态。这个方法的实现需要查询当前状态是否允许获取，然后再进行获取（使用compareAndSetState来做）状态。 |
| protectedbooleantryRelease(intarg) | 释放状态。 |
| protectedinttryAcquireShared(intarg) | 共享的模式下获取状态。 |
| protectedbooleantryReleaseShared(intarg) | 共享的模式下释放状态。 |
| protectedbooleanisHeldExclusively() | 在排它模式下，状态是否被占用。 |
实现这些方法必须是非阻塞而且是线程安全的，推荐使用该同步器的父类java.util.concurrent.locks.AbstractOwnableSynchronizer来设置当前的线程。
开始提到同步器内部基于一个FIFO队列，对于一个独占锁的获取和释放有以下伪码可以表示。
获取一个排他锁。
释放一个排他锁。
示例
下面通过一个排它锁的例子来深入理解一下同步器的工作原理，而只有掌握同步器的工作原理才能够更加深入了解其他的并发组件。
排他锁的实现，一次只能一个线程获取到锁。
01 | class Mutex implements Lock,
java.io.Serializable{ |
03 | private static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer
{ |
05 | protected boolean isHeldExclusively()
{ |
09 | public boolean tryAcquire( int acquires)
{ |
10 | assert acquires
== 1 ; //
Otherwiseunused |
11 | if (compareAndSetState( 0 , 1 ))
{ |
12 | setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread()); |
18 | protected boolean tryRelease( int releases)
{ |
19 | assert releases
== 1 ; //
Otherwiseunused |
20 | if (getState()
== 0 ) throw new IllegalMonitorStateException(); |
21 | setExclusiveOwnerThread( null ); |
25 | //
返回一个Condition，每个condition都包含了一个condition队列 |
26 | Condition
newCondition(){ return new ConditionObject();
} |
29 | private final Sync
sync= new Sync(); |
30 | public void lock()
{sync.acquire(1 );
} |
31 | public boolean tryLock()
{return sync.tryAcquire( 1 );
} |
32 | public void unlock()
{sync.release(1 );
} |
33 | public Condition
newCondition(){ return sync.newCondition();
} |
34 | public boolean isLocked()
{return sync.isHeldExclusively();
} |
35 | public boolean hasQueuedThreads()
{return sync.hasQueuedThreads();
} |
36 | public void lockInterruptibly() throws InterruptedException
{ |
37 | sync.acquireInterruptibly( 1 ); |
39 | public boolean tryLock( long timeout,
TimeUnitunit) |
40 | throws InterruptedException
{ |
41 | return sync.tryAcquireNanos( 1 ,
unit.toNanos(timeout)); |
可以看到Mutex将Lock接口均代理给了同步器的实现。
使用方将Mutex构造出来之后，调用lock获取锁，调用unlock进行解锁。下面以Mutex为例子，详细分析以下同步器的实现逻辑。
实现分析
publicfinalvoidacquire(intarg)
该方法以排他的方式获取锁，对中断不敏感，完成synchronized语义。
1 | public final void acquire( int arg)
{ |
3 | acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE),
arg)) |
上述逻辑主要包括：
1.尝试获取（调用tryAcquire更改状态，需要保证原子性）；
在tryAcquire方法中使用了同步器提供的对state操作的方法，利用compareAndSet保证只有一个线程能够对状态进行成功修改，而没有成功修改的线程将进入sync队列排队。
2.如果获取不到，将当前线程构造成节点Node并加入sync队列；
进入队列的每个线程都是一个节点Node，从而形成了一个双向队列，类似CLH队列，这样做的目的是线程间的通信会被限制在较小规模（也就是两个节点左右）。
3.再次尝试获取，如果没有获取到那么将当前线程从线程调度器上摘下，进入等待状态。
使用LockSupport将当前线程unpark，关于LockSupport后续会详细介绍。
01 | private Node
addWaiter(Nodemode){ |
02 | Node
node= new Node(Thread.currentThread(),
mode); |
07 | if (compareAndSetTail(pred,
node)){ |
16 | private Node
enq( final Node
node){ |
19 | if (t
== null )
{//
Mustinitialize |
20 | if (compareAndSetHead( new Node())) |
24 | if (compareAndSetTail(t,
node)){ |
上述逻辑主要包括：
1.使用当前线程构造Node；
对于一个节点需要做的是将当节点前驱节点指向尾节点（current.prev=tail），尾节点指向它（tail=current），原有的尾节点的后继节点指向它（t.next=current）而这些操作要求是原子的。上面的操作是利用尾节点的设置来保证的，也就是compareAndSetTail来完成的。
2.先行尝试在队尾添加；
如果尾节点已经有了，然后做如下操作：
(1)分配引用T指向尾节点；
(2)将节点的前驱节点更新为尾节点（current.prev=tail）；
(3)如果尾节点是T，那么将当尾节点设置为该节点（tail=current，原子更新）；
(4)T的后继节点指向当前节点（T.next=current）。
注意第3点是要求原子的。
这样可以以最短路径O(1)的效果来完成线程入队，是最大化减少开销的一种方式。
3.如果队尾添加失败或者是第一个入队的节点。
如果是第1个节点，也就是sync队列没有初始化，那么会进入到enq这个方法，进入的线程可能有多个，或者说在addWaiter中没有成功入队的线程都将进入enq这个方法。
可以看到enq的逻辑是确保进入的Node都会有机会顺序的添加到sync队列中，而加入的步骤如下：
(1)如果尾节点为空，那么原子化的分配一个头节点，并将尾节点指向头节点，这一步是初始化；
(2)然后是重复在addWaiter中做的工作，但是在一个while(true)的循环中，直到当前节点入队为止。
进入sync队列之后，接下来就是要进行锁的获取，或者说是访问控制了，只有一个线程能够在同一时刻继续的运行，而其他的进入等待状态。而每个线程都是一个独立的个体，它们自省的观察，当条件满足的时候（自己的前驱是头结点并且原子性的获取了状态），那么这个线程能够继续运行。
01 | final boolean acquireQueued( final Node
node, int arg)
{ |
04 | boolean interrupted
= false ; |
06 | final Node
p=node.predecessor(); |
07 | if (p
==head&&tryAcquire(arg)){ |
13 | if (shouldParkAfterFailedAcquire(p,
node)&& |
14 | parkAndCheckInterrupt()) |
上述逻辑主要包括：
1.获取当前节点的前驱节点；
需要获取当前节点的前驱节点，而头结点所对应的含义是当前站有锁且正在运行。
2.当前驱节点是头结点并且能够获取状态，代表该当前节点占有锁；
如果满足上述条件，那么代表能够占有锁，根据节点对锁占有的含义，设置头结点为当前节点。
3.否则进入等待状态。
如果没有轮到当前节点运行，那么将当前线程从线程调度器上摘下，也就是进入等待状态。
这里针对acquire做一下总结：
1.状态的维护；
需要在锁定时，需要维护一个状态(int类型)，而对状态的操作是原子和非阻塞的，通过同步器提供的对状态访问的方法对状态进行操纵，并且利用compareAndSet来确保原子性的修改。
2.状态的获取；
一旦成功的修改了状态，当前线程或者说节点，就被设置为头节点。
3.sync队列的维护。
在获取资源未果的过程中条件不符合的情况下(不该自己，前驱节点不是头节点或者没有获取到资源)进入睡眠状态，停止线程调度器对当前节点线程的调度。
这时引入的一个释放的问题，也就是说使睡眠中的Node或者说线程获得通知的关键，就是前驱节点的通知，而这一个过程就是释放，释放会通知它的后继节点从睡眠中返回准备运行。
下面的流程图基本描述了一次acquire所需要经历的过程：
如上图所示，其中的判定退出队列的条件，判定条件是否满足和休眠当前线程就是完成了自旋spin的过程。
publicfinalbooleanrelease(intarg)
在unlock方法的实现中，使用了同步器的release方法。相对于在之前的acquire方法中可以得出调用acquire，保证能够获取到锁（成功获取状态），而release则表示将状态设置回去，也就是将资源释放，或者说将锁释放。
1 | public final boolean release( int arg)
{ |
4 | if (h
!= null &&
h.waitStatus!= 0 ) |
上述逻辑主要包括：
1.尝试释放状态；
tryRelease能够保证原子化的将状态设置回去，当然需要使用compareAndSet来保证。如果释放状态成功过之后，将会进入后继节点的唤醒过程。
2.唤醒当前节点的后继节点所包含的线程。
通过LockSupport的unpark方法将休眠中的线程唤醒，让其继续acquire状态。
01 | private void unparkSuccessor(Node
node){ |
04 | if (ws
< 0 )
compareAndSetWaitStatus(node,ws, 0 ); //
获取当前节点的后继节点，如果满足状态，那么进行唤醒操作//如果没有满足状态，从尾部开始找寻符合要求的节点并将其唤醒Nodes=node.next;if(s==null||s.waitStatus>0){ |
06 | for (Node
t=tail;t!= null &&
t!=node;t=t.prev) |
11 | LockSupport.unpark(s.thread); |
上述逻辑主要包括，该方法取出了当前节点的next引用，然后对其线程(Node)进行了唤醒，这时就只有一个或合理个数的线程被唤醒，被唤醒的线程继续进行对资源的获取与争夺。
回顾整个资源的获取和释放过程：
在获取时，维护了一个sync队列，每个节点都是一个线程在进行自旋，而依据就是自己是否是首节点的后继并且能够获取资源；
在释放时，仅仅需要将资源还回去，然后通知一下后继节点并将其唤醒。
这里需要注意，队列的维护（首节点的更换）是依靠消费者（获取时）来完成的，也就是说在满足了自旋退出的条件时的一刻，这个节点就会被设置成为首节点。
