java AbstractQueuedSynchronizer介绍以及原理分析

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：

Node {

    int waitStatus;

    Node prev;

    Node next;

    Node nextWaiter;

    Thread thread;

}

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。



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。

一个例子
在上述对同步器AbstractQueuedSynchronizer进行了实现层面的分析之后，我们通过一个例子来加深对同步器的理解：
设计一个同步工具，该工具在同一时刻，只能有两个线程能够并行访问，超过限制的其他线程进入阻塞状态。
对于这个需求，可以利用同步器完成一个这样的设定，定义一个初始状态，为2，一个线程进行获取那么减1，一个线程释放那么加1，状态正确的范围在[0，1，2]三个之间，当在0时，代表再有新的线程对资源进行获取时只能进入阻塞状态（注意在任何时候进行状态变更的时候均需要以CAS作为原子性保障）。由于资源的数量多于1个，同时可以有两个线程占有资源，因此需要实现tryAcquireShared和tryReleaseShared方法，这里谢谢luoyuyou和同事小明指正，已经修改了实现。

public class TwinsLock implements Lock {
	private final Sync	sync	= new Sync(2);

	private static final class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
		private static final long	serialVersionUID	= -7889272986162341211L;

		Sync(int count) {
			if (count <= 0) {
				throw new IllegalArgumentException("count must large than zero.");
			}
			setState(count);
		}

		public int tryAcquireShared(int reduceCount) {
			for (;;) {
				int current = getState();
				int newCount = current - reduceCount;
				if (newCount < 0 || compareAndSetState(current, newCount)) {
					return newCount;
				}
			}
		}

		public boolean tryReleaseShared(int returnCount) {
			for (;;) {
				int current = getState();
				int newCount = current + returnCount;
				if (compareAndSetState(current, newCount)) {
					return true;
				}
			}
		}
	}

	public void lock() {
		sync.acquireShared(1);
	}

	public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {
		sync.acquireSharedInterruptibly(1);
	}

	public boolean tryLock() {
		return sync.tryAcquireShared(1) >= 0;
	}

	public boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
		return sync.tryAcquireSharedNanos(1, unit.toNanos(time));
	}

	public void unlock() {
		sync.releaseShared(1);
	}

	@Override
	public Condition newCondition() {
		return null;
	}
}

测试

public class TwinsLockTest {

	@Test
	public void test() {
		final Lock lock = new TwinsLock();

		class Worker extends Thread {
			public void run() {
				while (true) {
					lock.lock();

					try {
						Thread.sleep(1000L);
				System.out.println(Thread.currentThread());
						Thread.sleep(1000L);
					} catch (Exception ex) {

					} finally {
						lock.unlock();
					}
				}
			}
		}

		for (int i = 0; i < 10; i++) {
			Worker w = new Worker();
			w.start();
		}

		new Thread() {
			public void run() {
				while (true) {

					try {
						Thread.sleep(200L);
						System.out.println();
					} catch (Exception ex) {

					}
				}
			}
		}.start();

		try {
			Thread.sleep(20000L);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
}

转自：http://ifeve.com/introduce-abstractqueuedsynchronizer/