面试题：Java中AQS的队列结构是什么，它在同步机制中起到什么作用？

Question

在Java的AQS（AbstractQueuedSynchronizer）中，队列结构是其实现同步的关键部分。请阐述该队列的具体数据结构（如双向链表等），以及它如何在多个线程竞争锁等同步场景下，对线程进行排队、唤醒等操作，从而实现同步控制。

Answer 1

1. 队列数据结构：
   • AQS使用的队列是一个双向链表结构，节点类型为Node。Node类中包含前驱节点prev、后继节点next、线程thread以及等待状态waitStatus等属性。这种双向链表结构使得在队列中进行节点的添加、删除操作都比较高效，并且方便从队列头部或尾部进行遍历。
2. 线程排队操作：
   • 当一个线程尝试获取锁失败时，会创建一个新的Node节点，将当前线程封装在节点中。
   • 该节点会被插入到双向链表的尾部。具体过程如下：通过compareAndSetTail方法使用CAS（Compare - And - Swap）操作尝试将新节点设置为尾部节点，如果失败则说明有其他线程同时在进行相同操作，那么就通过循环不断尝试，直到成功。同时，新节点的前驱节点会设置为旧的尾部节点。
3. 线程唤醒操作：
   • 当持有锁的线程释放锁时，会唤醒队列头部的线程。
   • 首先获取队列头部节点（即等待时间最长的节点），判断该节点的线程是否需要唤醒（通过检查节点的waitStatus等状态）。
   • 如果需要唤醒，则通过LockSupport.unpark方法唤醒节点中的线程。被唤醒的线程会尝试重新获取锁，获取成功后会将自己设置为新的头部节点，原头部节点的后继节点成为新的头部节点，原头部节点的前驱和后继节点都设置为null，以便垃圾回收。如果获取锁失败，该线程会重新进入等待状态。

通过这样的队列结构和操作机制，AQS实现了多个线程竞争锁等同步场景下的同步控制，确保线程按照一定的顺序获取锁，避免了竞争条件和死锁等问题。