AQS介紹
AQS的含義
AQS是java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer的簡稱，直譯就是“抽象隊列同步器”，它是java中大部分lock類的間接實現者。AQS中實現的各種邏輯非常精妙，在此膜拜一下Doug Lea老爺子。
剛剛有提到AQS間接實現了lock類，檢查java中提供的lock類，如ReentrantLock，ReentrantReadWriteLock，StampedLock，CountDownLatch，CyclicBarrier等，內部都有AQS的實現類，完成了不同邏輯來承載不同Lock的實現。
AQS的構成
查看源碼可知，大致有如下內容：
- static final class Node {...} // 鏈表節點
- public class ConditionObject implements Condition, java.io.Serializable {...} // 條件對象
- private transient volatile Node head; // 鏈表頭
- private transient volatile Node tail; // 鏈表尾
- private volatile int state; // 資源
- private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();// 用於cas操作的變量
- private static final long stateOffset,headOffset,tailOffset,waitStatusOffset,nextOffset; // 用於cas操作的變量
- 一些實例方法操作鏈表及資源
- 一些抽象方法等待被實現
AQS的由來
在AQS的源碼中，存在一個由head和tail構成的鏈表，在知曉它存在的作用前，先了解一下硬件領域的多核CPU架構。
從系統架構來看，目前的商用服務器大體可以分爲三類，即對稱多處理器結構 (SMP ： Symmetric Multi-Processor) ，非一致存儲訪問結構 (NUMA ： Non-Uniform Memory Access) ，以及海量並行處理結構 (MPP ： Massive Parallel Processing) 。
處理器架構
SMP架構
即對稱多處理器結構，在這種架構中，一臺計算機由多個CPU組成，並共享內存和其他資源，所有的CPU都可以平等的訪問內存、I/O等。雖然可以同時使用多個CPU，但從外部表現來看，它們就如同一臺單CPU機器一樣，操作系統將任務隊列對稱地分佈於多個CPU之上，從而極大地提高了整個系統的數據處理能力。
日常的pc機，筆記本，手機還有一些老的服務器都是這個架構，其架構簡單，但是拓展性能非常差，從linux 上也能看到：
ls /sys/devices/system/node/# 如果只看到一個node0 那就是smp架構
但是隨着CPU數量的增加，每個CPU都要訪問共享資源，而資源在某些場景下只能單線程訪問，在某些場景下的操作又必須通知到其他CPU，那麼這就帶來了性能損耗、資源浪費，成爲了系統瓶頸。
NUMA架構
即非一致存儲訪問，這種模型的是爲了解決smp擴容性很差而提出的技術方案。它按組將CPU分爲多模塊，每個CPU模塊由多個CPU組成，並且具有獨立的本地內存、I/O等，模塊之間的訪問通過互聯模塊完成（類似遠程通信），訪問本地資源的速度會遠高於訪問外部資源。
NUMA架構相當於打包多個SMP架構的CPU，它能較好解決SMP架構存在的擴展問題；但是，在NUMA的單個CPU模塊中，雖然控制了CPU數量減少了共享資源的操作時的性能損耗，由於存在互聯模塊的工作，在CPU模塊增加時，並不能線性的增加系統性能。
MPP架構
MPP 提供了另外一種進行系統擴展的方式，它由多個 SMP 服務器通過一定的節點互聯網絡進行連接，協同工作，完成相同的任務，從用戶的角度來看是一個服務器系統。 其基本特徵是由多個 SMP 服務器（每個 SMP 服務器稱節點）通過節點互聯網絡連接而成，每個節點只訪問自己的本地資源（內存、存儲等），是一種完全無共享（Share Nothing）結構，因而擴展能力最好，理論上其擴展無限制，目前的技術可實現512個節點互聯，數千個 CPU。 實驗證明， SMP 服務器 CPU 利用率最好的情況是 2 至 4 個 CPU [1]。
可以將MMP理解爲刀片服務器，每個刀扇裏的都是一臺獨立SMP架構服務器，並且每個刀扇之間均有高性能的網絡設備進行交互，保證smp服務器之間的數據傳輸性能。MMP架構比較依賴管理系統的處理能力來保障通信。
鎖模型
CLH鎖模型
是一種基於單向鏈表的、高性能、公平的自旋鎖。申請加鎖的線程通過前驅節點（pre-node）的變量進行自旋。當pre-node解鎖後，當前節點會結束自旋並進行加鎖。
CLH模型的邏輯：
- locked == true 表示節點處於加鎖狀態或者等待加鎖狀態。
- locked == false 表示節點處於解鎖狀態。
- 基於線程當前節點的前置節點的鎖值（locked）進行自旋，前置節點的 locked == true 自旋；當前置節點解鎖時，設置locked == false，後繼節點（就是當前節點）監聽到false，結束自旋。
- 每個節點在解鎖時更新自己的鎖值（locked），在這一時刻，該節點的後置節點會結束自旋，並進行加鎖。
由於自旋過程中，監控的是前置節點的變量，因此在SMP架構的共享內存模式，能更好的提供性能。
MCS鎖模型
與CLH鎖模型的最大區別是，監控的是自己的節點變量，當前置節點解鎖後，會主動修改自己的節點變量狀態。這種模型解決的是CLH模型在NUMA架構上的不足：當前置節點存在於其他CPU模塊時，自旋會導致頻繁的調用互聯模塊。是將自旋調整到了節點自身，互聯模塊的調用只存在於前置節點解鎖的時刻。
MCS模型的邏輯：
- locked == false 標識節點處於加鎖狀態（沒有自旋）
- locked == true 標識節點處於等待狀態（自旋）
- 基於當前節點的鎖值（locked）進行自旋，locked == true 自旋；當前置節點解鎖時，修改後繼節點（就是當前節點）的 locked == false ，進而結束當前節點的自旋。
- 每個節點在解鎖時更新後繼節點的鎖值（locked），在這一刻，該節點的後置節點會結束自旋，並進行加鎖。
說了這麼多，其實是想說明AQS中的鏈表，是爲了實現上面的模型，它是針對CLH鎖模型的一個變種。後面詳細描述AQS中針對head和tail的操作，實際上就是在操作鏈表的入隊和出隊。所以說，AQS中的大部分方法，就是在實現CLH鎖模型的邏輯。
AQS的功能
根據AQS的名稱：抽象隊列同步器，可以直白的知曉，
- 它是抽象類，自然有抽象方法。
- 它是一個隊列同步器，這裏的隊列我們可以指定是個鏈表
- 同步器，則是通過對鏈表及資源的操作，達到同步指標的目的（注意是同步的指標，它不等同於同步）
對於第三點，之所以這樣說，還有由於抽象類這個原因，從整體去看AQS，它的作用並不是去定義同步，而是去實現了一個CLH模型，直白點講就是實現瞭如何操作隊列及資源，至於何時達到同步，是由實現類去決定的。
由此可知：
- AQS中的實例方法：自身實現的用於操作隊列以及資源。
- AQS中的抽象方法：交給子類實現，來決定同步狀態。
尾聲
本文只是簡略的介紹了AQS的組成及每個成員的功能後續內容將會詳細展開每個成員，深挖它們的內在邏輯。
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