AQS原理剖析

穿城大饼
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作为一名面试官，我在面试别人的时候，经常反复拿来问别人的一个问题，最近详细整理了一下，跟大家分享一下。

AQS原理剖析

并发编程是大厂面试中重点考察的问题。 此类问题回答的好坏会在很大程度上影响我们面试的得分。

1. AQS在java中的使用

给代码加锁，是java中处理并发问题的重要手段。 java中的很多锁都是基于抽象类AQS（AbstractQueuedSynchronizer）实现的。 如下表所示：

图片.png

2. AQS的实现机制

AQS提供了实现锁的机制，即CLH队列，同时通过ConditionObject实现了条件等待链表。 其中CLH队列如下：

图片.png

  1. AQS使用 private volatile int state; 表示同步状态
  2. 通过内置的FIFO队列完成线程的排队
  3. 使用CAS对state进行修改。

3. AQS主要方法

AQS对外提供的用于实现锁的方法如下：

图片.png

基于AQS可以实现公平锁和非公平锁，互斥锁和共享锁。

4. ReentrantReadWriteLock

ReentrantReadWriteLock中的写锁实现了互斥锁，读锁实现了共享锁。 其中写锁的互斥性，用于保证不会并发执行写操作，保证了数据的一致性。 其中读锁的共享性，确保可以多线程同时读取，提升了读的优先级，对于读操作执行逻辑较重的场合，比较合适。 在抢锁的时候，只有一个写线程可以抢锁成功，但同时可能有多个读线程抢锁成功，由于读写互斥，容易引起读线程“饿死”的情况。

4.1. 互斥锁

写线程通过调用WriteLock的lock方法来获取互斥锁。 java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock.WriteLock#lock

public void lock() {
    sync.acquire(1);
}

java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer#acquire 该方法首先尝试获取锁，如果获取失败，就将当前线程封装为Node对象，追加到CLH队列中，休眠，等待抢锁。

public final void acquire(int arg) {
    if (!tryAcquire(arg) &&
        acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
        selfInterrupt();
}

之所以称为互斥锁，是因为该方法向CLH队列添加的节点是单个节点，只封装了一个线程。 关于互斥锁的获取流程，感兴趣的小伙伴可以加微信 Geanmingti 索取。

4.2. 共享锁

读操作通过调用读写锁ReadLock的lock来获取共享锁。 java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock.ReadLock#lock

public void lock() {
    sync.acquireShared(1);
}

java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer#acquireShared 该方法首先尝试获取共享锁，如果抢锁失败，则执行线程节点入CLH队列的操作。

public final void acquireShared(int arg) {
    if (tryAcquireShared(arg) < 0)
        doAcquireShared(arg);
}

之所以称为共享锁，是因为在该方法中，会判断CLH队列尾节点是互斥操作还是共享操作，如果是互斥操作，则当前线程节点追加到尾节点后面；如果是共享操作，则通过引用，挂到尾节点的横向链表上，当获取锁的时候，横向链表中的节点线程一并获取到锁。

关于共享锁的获取流程，感兴趣的小伙伴可以加微信 Geanmingti 索取。

5. ReentrantLock

ReentrantLock实现了公平锁和非公平锁。

5.1. 抢锁操作

java.util.concurrent.locks.ReentrantLock#lock 该方法用于获取互斥锁。

public void lock() {
     sync.acquire(1);
}

java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer#acquire 上述方法调用了AQS的acquire方法，用于获取锁，该方法首先尝试获取锁，如果获取锁失败，就将当前线程封装为Node接待，追加到CLH队列中。

public final void acquire(int arg) {
    if (!tryAcquire(arg) &&
         acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))   
         selfInterrupt();
}

上述方法中的tryAcquire方法，该方法调用了ReentrantLock内部类Sync的实现。 Sync类有两个子类，分别是FairSync和NofairSync。其中FairSync实现了公平锁功能，NonfairSync实现了非公平锁的功能。

5.2. 公平锁

当前线程在抢锁的时候，先判断CLH队列中有没有其他线程在等待获取锁，如果没有，再去抢锁。如果有，则乖乖排队：

protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
     final Thread current = Thread.currentThread();
     int c = getState();
     if (c == 0) {
         // 如果没有前置节点等待抢锁，才去抢
         if (!hasQueuedPredecessors() &&
             compareAndSetState(0, acquires)) {
             setExclusiveOwnerThread(current);
             return true;
        }
     }
     // ......

关于公平锁的获取流程，感兴趣的小伙伴可以加微信 Geanmingti 索取。

5.3. 非公平锁

tryAcquire方法的实现如下，该方法调用了nonfairTryAcquire方法用于实现非公平抢锁。 java.util.concurrent.locks.ReentrantLock.NonfairSync#tryAcquire

protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
    // 非公平尝试获取锁
    return nonfairTryAcquire(acquires);
}

下面方法中，表示没有线程持有锁，不管是否有线程在等待，直接抢，非公平。

final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
    final Thread current = Thread.currentThread();
    int c = getState();

    if (c == 0) {
        if (compareAndSetState(0, acquires)) {
            setExclusiveOwnerThread(current);
            return true;
        }
    }
    // ......

关于非公平锁的获取流程，感兴趣的小伙伴可以加微信 lagou2021索取

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