AbstractQueuedLongSynchronizer的内部结构分析

# 1. 引言

## 1.1 背景介绍

在多线程编程中，同步器是一种重要的机制，它能够帮助我们控制线程的并发访问，保证共享资源的安全性。`AbstractQueuedLongSynchronizer`是Java中提供的一个强大的同步器实现，它为我们提供了一种灵活且高效的线程同步方式。通过深入研究其内部结构，我们能更好地理解其工作原理，并能正确地使用和扩展它。

## 1.2 研究意义

通过对`AbstractQueuedLongSynchronizer`的内部结构进行分析，可以帮助我们更好地理解同步器在实际应用中的作用和效果。同时，也可以为我们提供设计和实现自定义同步器的思路和方法。这对于提高多线程编程的能力和水平是非常有益的。

## 1.3 研究方法

我们将通过对`AbstractQueuedLongSynchronizer`源码进行详细分析，包括其内部状态变量、队列管理机制、同步器实现原理等方面，以此来深入探讨其设计与实现。通过比较与其他同步器的异同，结合实际应用案例，最终得出本研究的结论和展望。

# 2. AbstractQueuedLongSynchronizer概述

2.1 概念解释

在并发编程中，AbstractQueuedLongSynchronizer（以下简称AQS）是一个提供了同步器框架的抽象类。它通过内部的同步队列（等待队列）和状态变量来实现对共享资源的访问控制。AQS的设计初衷是为了帮助开发者更便捷地实现自定义的同步器，比如ReentrantLock、Semaphore等。

2.2 设计思想

AQS的设计思想主要是基于模板方法模式（Template Method）和组合模式（Composite Pattern）。它将同步器的骨架逻辑封装在模板方法中，而具体的同步策略则由子类来实现。这种设计使得AQS具有较高的灵活性，可以适应不同场景下的使用需求。

2.3 功能特点

- 提供了基于FIFO队列的阻塞机制，保证了等待线程的公平性。
- 支持独占锁和共享锁两种模式，满足了不同类型的同步需求。
- 内部状态变量的设计使得AQS能够自动管理线程的等待和唤醒，简化了同步器的编写过程。
- 可以方便地实现自定义同步器，扩展性强。

通过以上概述，我们对AbstractQueuedLongSynchronizer有了初步的了解。接下来，我们将深入探讨其内部结构，以揭示其实现原理。

# 3. 内部结构分析

在本章中，将深入分析AbstractQueuedLongSynchronizer的内部结构，包括状态变量、队列管理和同步器实现原理。这些内容将帮助读者更好地理解该同步器的设计与实现。

#### 3.1 状态变量

AbstractQueuedLongSynchronizer内部使用的主要状态变量是基于long型的state变量。这个state变量被设计为volatile类型，以确保线程间的可见性。它被用来表示同步状态，以及在被阻塞的情况下，记录节点的等待情况。在实际的应用中，开发人员可以根据需要通过继承AQS类，利用state变量实现自定义的同步器。

// 以Java为例，state变量的定义
private volatile long state;

#### 3.2 队列管理

AQS内部使用一个双向链表来维护等待线程的队列，这是基于CLH（Craig, Landin, and Hagersten）锁的变种。在队列中，每个节点都代表一个等待线程，它包含了线程的等待状态以及前驱/后继节点的引用。队列的头节点通常代表当前获取了锁的线程，而后继节点则代表处于等待状态的线程。

// 以Java为例，Node节点的定义
static final class Node {
    // waitStatus用于标识节点的状态
    volatile int waitStatus;
    // 前驱节点
    volatile Node prev;
    // 后继节点
    volatile Node next;
    // 等待线程
    volatile Thread thread;
    // 其他字段...
}

#### 3.3 同步器实现原理

AQS通过内部的 acquire 和 release 方法，以及基于模板方法模式的 tryAcquire 和 tryRelease 方法，实现了同步器的核心逻辑。开发人员可以通过实现tryAcquire和tryRelease方法，来定制自己的同步逻辑。在等待队列中，节点的状态会被合理地修改，以实现线程的阻塞和唤醒。

// 以Java为例，acquire方法示例
public final void acquire(int arg) {
    if (!tryAcquire(arg) &&
        acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIV