AQS框架中的同步队列与等待队列分析

# 1. AQS框架简介

## 1.1 AQS框架概述

AQS（AbstractQueuedSynchronizer）是Java中用于构建锁和同步器的框架。它为实现各种同步器提供了一种通用的、灵活的框架，如ReentrantLock、Semaphore、CountDownLatch等都是基于AQS框架来实现的。

AQS框架通过内置的FIFO队列来管理同步状态，并通过内置的原子操作来完成对其状态的操作。AQS框架原理简单而高效，是Java并发包中锁与同步器实现的基础。

## 1.2 AQS框架的作用和原理

AQS框架的主要作用是提供一种用于构建锁和同步器的统一框架，它通过内部的同步队列和状态变量来实现对共享资源的访问控制。AQS框架的原理是通过内部的state变量来表示同步状态，当state为0时表示没有线程占用资源，当state为1时表示有线程占用资源，当state大于1时表示可重入锁的重入次数。

AQS框架提供了独占模式（如ReentrantLock）和共享模式（如Semaphore）两种实现方式，通过不同方式使用AQS框架可以实现不同的并发模式和同步机制。

AQS框架的内部实现主要依靠内置的FIFO队列，通过CAS（Compare And Swap）操作来原子化地修改同步状态，这样可以确保对共享资源的安全访问和高效管理。

以上便是AQS框架简介部分的内容。接下来，我们将深入探讨同步队列和等待队列的实现原理。

# 2. 同步队列的实现原理

在AQS框架中，同步队列扮演着重要的角色，它负责管理处于等待状态的线程，并实现了FIFO（先进先出）的队列结构。本章将深入探讨同步队列的实现原理，包括其在AQS框架中的作用以及具体的数据结构和实现方式。

#### 2.1 同步队列在AQS框架中的作用

同步队列是AQS框架的核心组成部分之一，它主要负责管理由AQS支持的同步组件所关联的线程。在使用ReentrantLock、Semaphore、CountDownLatch等同步工具时，同步队列扮演着协调线程竞争与等待的重要角色。

当存在多个线程竞争同一个锁时，AQS会将竞争失败的线程加入到同步队列中，使其进入等待状态；而当持有锁的线程释放锁时，AQS则会从同步队列中唤醒等待的线程，使其有机会再次竞争锁。

#### 2.2 同步队列的数据结构和实现方式

在AQS中，同步队列通常采用双向链表的数据结构来实现。每个节点（Node）代表一个等待线程，其中包含了线程本身以及等待状态的信息。具体而言，Node中通常包含以下核心字段：
- WaitStatus：表示节点的等待状态，包括CANCELLED（取消）、SIGNAL（需要被唤醒）、CONDITION（在条件队列中等待）等状态。
- Prev：指向前一个节点的引用。
- Next：指向后一个节点的引用。
- Thread：保存等待线程的引用。

AQS中的同步队列利用这些Node节点构建双向链表，通过CAS操作（Compare and Swap）来保证对同步队列的并发安全修改。这种基于CAS操作的操作方式使得AQS在实现并发同步时具有很高的性能和扩展性。

综上所述，同步队列作为AQS框架中重要的组成部分，通过双向链表实现了高效的线程等待队列，为各种同步组件的实现提供了坚实的基础。

# 3. 等待队列的实现原理

等待队列是AQS框架中一个重要的组成部分，它负责存储那些未能获取同步状态的线程，使它们从运行状态转为阻塞状态，直到获取同步状态后再重新进入运行状态。在本章中，我们将深入探讨等待队列的实现原理，包括其在AQS框架中的作用、数据结构和实现方式。

#### 3.1 等待队列在AQS框架中的作用

在AQS（AbstractQueuedSynchronizer）框架中，等待队列扮演着非常重要的角色。当某个线程在尝试获取同步状态失败时，AQS会将该线程移到等待队列中，进入等待状态。待同步状态释放时，AQS会通过等待队列唤醒相应的线程，使其有机会再次尝试获取同步状态。

等待队列在AQS中的作用主要体现在实现可重入锁、独占锁等同步器时。它确保了线程获取同步状态的公平性、有效性和可靠性，是实现多线程同步的关键组成部分。

#### 3.2 等待队列的数据结构和实现方式

等待队列的数据结构通常采用队列（Queue）来实现，常见的实现方式为双向链表（Doubly Linked List）。在Java中，可以使用`java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue`来实现等待队列。