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AQS 理解及不可重入锁实现

article 2024/11/22 18:13:32

由于目前水平有限，只是写出作者目前对 aqs的简单理解，有错误还请评论指证

AQS是什么

Aqs是java.util.concurrent 包下的一个抽象队列同步器类，被简写为英文AQS，

我认为可以把他理解为一个实现自定义锁的一个具体的框架，我们可以根据这个框架来实现出自己的锁，比如我们经常用到的 ReentrantLock，线程池等其他需要锁的类内部类都实现了

AQS也就是 AbstractQueuedSynchronizer

AQS解释

AQS类的内部是怎么来实现原子性呢？就是用Unsafe 来进行的，

它的内部维护了一个共享的变量 state ， 当satae 为0的时候，代表没有被其他线程抢占到，如果state 为1

就代表被其他线程抢占到了这时候其他线程会进入fifo 队列中等待

这么说太抽象了，我们直接上代码来简单理解作者目前认为的 AQS

代码实现

首先我们有一个类来继承了 AQS

final class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
    @Override
    protected boolean tryAcquire(int arg) {
        //在 自定义锁中的lock方法去尝试给线程上锁的时候
        //根据传入的 arg 表示 来修改 AbstractQueuedSynchronizer类内部 的state 表示 进行上锁
        if (arg == 1) {//代表 要执行的是上锁操作
            if (compareAndSetState(0, 1)) {//原来0 是 锁未被其他线程使用
                // 修改为1 代表 上锁成功
                setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());//设置 拥有锁的线程为 当前线程
                System.out.println(6666666);
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

    @Override
    protected boolean tryRelease(int arg) {
        if (arg == 1) { //代表执行的是解锁操作
            if (getState() == 0) {//当前线程 进行解锁操作 发现 锁 并未被占用 所以抛出异常
                throw new IllegalMonitorStateException();
            }
            setExclusiveOwnerThread(null);
            setState(0);
            return true;
        }
        return false;
    }

    @Override
    protected boolean isHeldExclusively() {//看当前线程是否 被占用
        return getState() == 1;
    }

    protected Condition newCondition() {
        return new ConditionObject();
    }
}

然后我们有一个自定义的锁类，内部有一个该 Sync类的实现，通过操作我们重写的AQS类的部分逻辑来进行加锁操作

//不可重入锁
class MyLock implements Lock {

    static Sync sync = new Sync();

    @Override
    public void lock() {//不成功 进入等待队列
        sync.acquire(1);
    }

    @Override
    public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {//可打断 不成功进入等待队列
        sync.acquireInterruptibly(1);
    }

    @Override
    public boolean tryLock() {//尝试上锁 立即返回
        return sync.tryAcquire(1);
    }

    @Override
    public boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
        return sync.tryAcquireNanos(1, TimeUnit.SECONDS.toNanos(1));
    }

    @Override
    public void unlock() {
        sync.release(1);
    }

    @Override
    public Condition newCondition() {
        return sync.newCondition();
    }
}

看完这些代码可能有人会有疑惑，为什么这个自定义的锁类，中调用的sync的方法有的在上面自定义的Sync类中没有，因为我们调用的是其父类AQS的方法，我们目前自定义的sync类中的方法就是简单来模拟一些AQS内部主要的加锁解锁的方法

我们再看测试类

public class AqsTest {
    public static void main(String[] args) {
        MyLock myLock = new MyLock();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    myLock.lock();
                    System.out.println("上锁了t1");
                    sleep(1000);
//                   myLock.lock();
//                   System.out.println("上锁了t1重入");
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                } finally {
                    System.out.println("解锁了t1");
                    myLock.unlock();
                }
            }
        }, "t1").start();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    System.out.println("线程t2尝试获得锁");
                    myLock.lock();
                    System.out.println("上锁了t2");
                } finally {
                    System.out.println("解锁了t2");
                    myLock.unlock();
                }
            }
        }, "t2").start();
    }
}

代码分析

我们运行出来结果为

我们有的可能看到上面的代码实现就懵逼了，现在我们现在来看代码，稍微解读一下

首先我们的 t1线程调用了自定义锁的lock方法，开始去上锁

然后到自定义的 lock方法内部去调用 sync 的acquire方法，我们点进去看acquire方法的实现

在aqs类内部，首先判断这个线程是否获得锁，而这个 tryAcquire方法走的逻辑就是我们前面重写的方法逻辑，先判断是否为上锁操作，然后用cas修改sate的状态值，然后设置锁的拥有线程为当前线程，然后返回true，这时候 t2线程进来的话，t1线程由于没有释放锁tryacquire必然是false，这时候就会走 aqs内部的acquire的方法，来进入等待队列

这时候我们可能就对 aqs 有了一点点的理解，现在我们再来看 ReentrantLock的源码实现，发现好像用的是类似的逻辑