J.U.C|一文搞懂AQS

一、写在前面


这篇文章,我们聊一聊Java并发中的核武器, AQS底层实现。

不管是工作三四年、还是五六年的在工作或者面试中涉及到并发的是时候总是绕不过AQS这个词。

首先,确实还有很多人连AQS是什么都不知道,甚至有的竟不知其为何物。或者有的听说过其名,但怎么拼写的都忘记了。

总的来说确实有很多同学对AQS总有一种云里雾里的感觉,在搜索引擎中搜下AQS看个几篇文章,估计对其还是醉醺醺的。

所以根据上面的难点,这篇我们使用由简入难的方式,让你一次搞定这Java并发中这个核武器AQS。

二、ReentrantLock 和 AQS 的关系


首先我们以你最受的方式带你进入这个核武器库,Java 并发包下的 ReentrantLock大家肯定很熟悉了。

基本上学过Java 的都知道ReentrantLock,下面我就不多说了直接上一段代码。

ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); try {     lock.lock(); // 加锁      // 业务逻辑代码  } finally {     lock.unlock(); // 释放锁 }

这段代码大家应该很熟悉了,无非就是获取一把锁,加锁和释放锁的过程。

有同学就问了这和AQS有毛关系呀!别着急,告诉你关系大着去了。在Java并发包中很多锁都是通过AQS来实现加锁和释放锁的过程的,AQS就是并发包基础。

例如:ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock 底层都是通过AQS来实现的。

那么AQS到底为何物尼?别急,我们一步一来揭开其神秘的面纱。

AQS 的全称 AbstractQueuedSynchronizers抽象队列同步器,给大家画三张图来说明其在Java 并发包的地位、 长啥样、和ReentrantLock 的关系。

图片描述
通过此类图可以彰显出了AQS的地位、上层锁实现基本都是通过其底层来实现的。

图片描述
有没有被忽悠的感觉?你没看错AQS就长这个鸟样。说白了其内部就是包含了三个组件

  • state 资源状态
  • exclusiveOwnerThread 持有资源的线程
  • CLH 同步等待队列。

图片描述
在看这张图现在明白ReentrantLock 和 AQS 的关系了吧!大白话说就是ReentrantLock其内部包含一个AQS对象(内部类),AQS就是ReentrantLock可以获取和释放锁实现的核心部件。

三、ReentrantLock 加锁和释放锁底层原理实现


好了! 经过上面的介绍估计大家已经对AQS混了个脸熟,下面我们就来说说这一段代码。

ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); try {     lock.lock(); // 加锁      // 业务逻辑代码  } finally {     lock.unlock(); // 释放锁 }

这段代码加锁和释放锁到底会发生什么故事尼?

很简单在AQS 内部有一个核心变量 (volatile)state 变量其代表了加锁的状态,初始值为0。

另外一个重要的关键 OwnerThread 持有锁的线程,默认值为null 在回顾下这张图。

图片描述

接着线程1过来通过lock.lock()方式获取锁,获取锁的过程就是通过CAS操作volatile 变量state 将其值从0变为1。

如果之前没有人获取锁,那么state的值肯定为0,此时线程1加锁成功将state = 1。

线程1加锁成功后还有一步重要的操作,就是将OwnerThread 设置成为自己。如下图线程1加锁过程。

图片描述

其实到这大家应该对AQS有个大概认识了,说白了就是并发包下面的一个核心组件,其内部维持state变量、线程变量等核型的东西,来实现加锁和释放锁的过程。

大家有没有不管是ReentrantLock还是ReentrantReadWriteLock 等为什么都是Reentrant 开头尼?

从单词本身意思也能看出,Reentrant 可重入的意思 ,也就说其是一个可重入锁。

可重入锁?

就是你可以对一个 ReentrantLock 进行多次的lock() 和 unlock() 操作,也就是可以对一个锁加多次,叫做可重入锁。 来一段代码直观感受下。

ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); try {     lock.lock(); // 加锁1      // 业务逻辑代码     lock.lock() // 加锁2          // 业务逻辑代码          lock.lock() // 加锁3  } finally {     lock.unlock(); // 释放锁3     lock.unlock(); // 释放锁2     lock.unlock(); // 释放锁1 }

注意:释放锁是由内到外依次释放的,不可缺少。

问题又来了?ReentrantLock 内部又是如何来实现的尼?

说白了!还是我们AQS这个核心组件帮我实现的,很 easy~ 上述两个核心变量 state 和 OwnerThread 还记得吧!

重入就是判断当前锁是不是自己加上的,如果是就代表自己可以在次上锁,每重入一次就是将state值加1。就是这么简单啦!!!

说完了可重入我们再来看看锁的互斥又是如何实现的尼?

此时线程2也跑过来想加锁,CAS操作尝试将 state 从0 变成 1, 哎呀!糟糕state已经不是0了,说明此锁已经被别人拿到了。

接着线程2想??? 这个锁是不是我以前加上的,瞅瞅 OwnerThread=线程1 哎! 明显不是自己上的 ,悲催加锁失败了~~~。来张图记录下线程2的悲苦经历。

图片描述
可是线程2加锁失败将何去何从尼?

线程2:想,要是有个地方让我休息下,等线程1释放锁后通知我下再来从新尝试上锁就好了。

这时我们的核心部件AQS又登场了!

AQS: OK! 好吧!那我就给你提供一个落脚地吧(CLH)进去待着吧!一会让线程1叫你。

线程2: 屁颠屁颠的就去等待区小憩一会去了。同样来张图记录下线程2高兴样。

图片描述

此时线程1业务执行完了,开始释放锁

  • 将state值改为0
  • 将OwnerThread 设为null
  • 通知线程2锁我已经用完了,该你登场了

线程2一听,乐坏了!立马开始尝试获取取锁,CAS 尝试将 state 值设为 1 ,如果成功将OwnerThread设为自己 线程2。
此时线程2成功获取到了锁,再来张图瞅瞅。

图片描述

四、总结


Ok !到这借着Reentrantkock 的加锁和释放锁的过程给大家讲解了一下AQS工作原理。

用一句话总结下:AQS就是Java并发包下的一个基础组件,用来实现各种锁和同步组件的,其核心分为三个组件。

  • Volatile state 变量
  • OwnerThread 加锁线程
  • CLH 同步等待队列

等并发核心组件。

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