AQS原理中的条件变量与等待队列详解

# 1. 简介

## 1.1 什么是AQS（AbstractQueuedSynchronizer）原理

AQS是Java并发包中提供的一种同步器，用于构建锁和其他同步工具的基础框架。AQS基于FIFO等待队列的数据结构，为了方便不同的同步器的实现，AQS分别提供了独占模式和共享模式的同步器实现。

AQS基于一个volatile int类型的state变量，通过getState、setState和compareAndSetState等方法对其进行操作。具体的同步操作实现则由继承AQS的子类完成，通常实现为自己的同步器实现各种独占模式和共享模式的同步操作。

## 1.2 AQS中的条件变量与等待队列概述

AQS的条件变量是与等待队列紧密相关的概念。条件变量是指线程在满足特定条件之前等待的变量，而等待队列则是存放处于等待状态的线程的数据结构。当一个线程在获取锁失败时，会被加入到等待队列中，当条件满足时，需要唤醒等待队列中的线程来参与竞争锁的获取。因此，条件变量与等待队列是实现同步和线程通信的重要组成部分。

在本文中，将深入探讨AQS原理及其概念中条件变量与等待队列的实现与应用。

# 2. AQS原理解析

AQS（AbstractQueuedSynchronizer）是Java并发编程中的一个重要类，它提供了一种实现同步器的框架，如锁、信号量等。在AQS中，条件变量与等待队列起到了关键的作用。下面将详细解析AQS的原理，并深入探讨条件变量与等待队列的作用与意义。

### 2.1 AQS原理详解

AQS是基于状态的同步器，它通过一个整型的状态来表示共享资源的可访问性。在AQS中，通过继承并实现AQS的`tryAcquire`和`tryRelease`两个方法，可以实现对共享资源的安全访问。当资源被占用时，其他线程就需要加入等待队列，等待资源的释放。

AQS内部维护了一个FIFO（First In First Out）的等待队列，用于管理等待资源的线程。每个线程通过节点（Node）的形式加入等待队列。节点有两种类型：独占模式（exclusive mode）和共享模式（shared mode）。独占模式下，等待队列中的线程争夺资源的排队顺序与先后到达的顺序一致；共享模式下，等待队列中的线程可以按照某种策略（如公平性/非公平性）进行竞争与获取资源。

### 2.2 AQS中条件变量的作用与意义

条件变量是AQS中的一个重要概念，它用于控制线程的等待与唤醒。在传统的同步工具中，如ReentrantLock和Condition，通过`await`和`signal`等方法来实现线程的等待和唤醒操作。

条件变量的作用在于，当一个线程不能满足条件时，它可以进入等待状态，让出CPU资源给其他线程使用。条件变量不仅可以唤醒等待在同一条件（Condition）下的单个线程，还可以唤醒等待在相同条件下的所有线程。

等待队列中的线程被唤醒后，需要重新获得资源才能继续执行。这样就实现了线程的等待与唤醒机制，有效地避免了线程的忙等待和资源浪费。

在下一章节中，我们将探讨条件变量与等待队列的具体实现原理。

# 3. 条件变量与等待队列实现

在前面的章节中，我们已经对AQS的原理有了一定的了解。接下来，我们将深入探究AQS中条件变量与等待队列的实现细节。

#### 3.1 条件变量的实现原理

条件变量（Condition）是AQS中重要的组成部分，用于线程的等待与唤醒操作。它通过条件判断来决定是否唤醒等待在等待队列中的线程。

在AQS中，条件变量是通过`ConditionObject`类来实现的。该类内部维护了一个等待队列，用于存放等待该条件的线程。它提供了`await()`方法用于线程等待，`signal()`方法用于唤醒一个等待线程，以及`signalAll()`方法用于唤醒所有等待线程。

条件变量的实现原理主要涉及以下几个步骤：

1. 线程调用`await()`方法后，会将当前线程封装成一个节点（`Node`），并将节点加入到等待队列中。
2. 等待队列中的节点状态为等待状态。
3. 当其他线程调用`signal()`或`signalAll()`方法时，会从等待队列中选择一个节点，将其状态设置为可执行状态（`SIGNAL`），然后将它加入到同步队列中。
4. 被唤醒的线程从同步队列中获取锁，并继续执行。

#### 3.2 等待队列的数据结构

等待队列是AQS中用于存放等待线程的数据结构。它由一个链表组成，每个节点代表一个等待线程。

等待队列的数据结构如下：

class Node {
    // 线程
    volatile Thread thread;
    // 前一个节点
    Node prev;
    // 后一个节点
    Node next;