JAVA并发-基于AQS实现自己的显示锁
一、了解什么是AQS（原文链接：http://www.studyshare.cn/blog/details/1131/1
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AQS是AbstractQueuedSynchronizer （抽象队列同步器）的简称，java中近一半的显示锁是基于AQS实现的。例如：ReentrantLock（独占锁）、Semaphore（信号量）、ReentrantReadWriteLock（读写锁）、CountDownLatch（并发工具类）、ThreadPoolExecutor（线程池）
AQS原理：
1.采用双向链表的数据结构，当多线程同时竞争锁的时候，第一个线程拿到锁后，后续的线程封装成Node节点依次进入同步队列进行排队等待。
2.AQS内部会采取自旋（死循环）的机制，一直判断头节点是否满足获取锁的条件，当锁被第一个线程释放后，队列中头节点条件满足（检查锁的状态是否为0），然后让头节点获取到锁，并脱离队列，如下图：
AQS原理其实并不复杂，就是采用一个同步队列来存储节点（对线程进行包装，node中有thread，prev，next等），并自旋判断头节点是否拿到锁，拿到锁就从队列中移除，如果有新的线程进入则加到队列的尾部。
二、AQS采用的设计模式及主要方法
（1）AQS采用的是模板方法模式，对模板方法模式不清楚请参考：https://www.cnblogs.com/stonefeng/p/5743673.html
（2）模板方法
独占式获取
acquire()
acquireInterrutpibly()
tryAcquireNanos()
共享式获取
acquireShared()
acquireSharedInterruptibly()
tryAcquireSharedNanos()
独占式释放
release()
共享式释放
releaseShared()
需要覆盖的流程方法
独占式获取
tryAcquire()
共享式获取
tryAcquireShared()
独占式释放
tryRelease()
共享式释放
tryReleaseShared()
isHeldExclusively() :该方法返回同步状态，需要自己覆盖实现
以上方法是AQS的几个核心方法，在下面我们分析源码的时候会具体解释
三、实现一个案例：继承AQS实现一个自己的独占锁
//实现Lock接口
public class MyReentrantLock implements Lock {
//使用state做锁的状态标志，state=1表示获取到锁，state=0表示释放锁，其他线程可以竞争锁
private static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer{
/**
* 尝试获取锁的方法
* 需要自己实现的流程方法
* @param arg
* @return
*/
@Override
protected boolean tryAcquire(int arg) {
//CAS比较内存中的原始值为0，则修改为传入的状态值1，当前线程获取到锁
if(compareAndSetState(0 , arg)){
setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());//当前线程得到了锁，则将当前得到锁的线程设置为独占
线程
return true;
}
return false;
}
/**
* 释放锁的方法，需要实现
* @param arg
* @return
*/
@Override
protected boolean tryRelease(int arg) {
if(getState() == 0){//判断状态是否为0，为0则直接抛出不支持操作的异常，增强健壮性的代码
throw new UnsupportedOperationException();
}
setExclusiveOwnerThread(null);//将当前独占线程设置为null
setState(0);//将当前标志锁状态的值设置为0，表示锁已经释放
return true;
}
/**
* 是否同步独占，true--已被独占，false--未被独占
* @return
*/
@Override
protected boolean isHeldExclusively() {
return getState() == 1 ;
}
Condition newCondition(){
return new ConditionObject();//AQS已经实现Condition,此处只需要直接实例化并使用AQS中的实现即可
}
}
private Sync sync = new Sync();
@Override
public void lock() {
sync.acquire(1); //获取锁
}
@Override
public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {
sync.acquireInterruptibly(1);//获取锁，允许获取过程中有中断
}
@Override
public boolean tryLock() {
return sync.tryAcquire(1);
}
@Override
public boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
return sync.tryAcquireNanos(1,unit.toNanos(time));//获取锁，有超时机制
}
@Override
public void unlock() {
sync.release(1) ;//释放锁
}
@Override
public Condition newCondition() {
return sync.newCondition();//获取AQS中的Condition实例，用于等待、唤醒操作
}
}
1、显示锁的实现机制是实现Lock接口，使用内部类去继承AQS，为何这样做其实就是java是单继承的，AQS是抽象类，Lock是接口，使用接口更具有扩展性。
2、需要自己覆盖的流程方法
tryAcquire（）：获取锁
tryRelease(）：释放锁
isHeldExclusively()：是否同步独占，true–已被独占，false–未被独占（根据state状态值判断）
测试类：
public class LockTest {
static MyReentrantLock lock = new MyReentrantLock();
public static void main(String[] args) {
for(int i=0;i<5;i++){
Thread threadA = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
lock.lock();
try{
System.out.println("获取到锁处理业务逻辑");
Thread.sleep(1000) ;
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally{
lock.unlock();
System.out.println("释放锁");
}
}
});
threadA.start();
}
}
}
四、深入源码，解读AQS原理
1、多线程并发获取锁，lock.lock(),该方法调用后会执行 sync.acquire(1); 进入这个方法的源码
tryAcquire()就是我们自己覆盖实现的方法，尝试去获取锁，得到则返回true，没得到则返回false，如果返回true，则acquire()则直接执行完毕，不会继续往下执行，如果返回false，说明没有得到锁，则需要将当前线程加入等待队列中。addWaiter()就是加入等待队列的方法，进入源码：
接着看看enq（）方法的源码：
以上就成功将一个需要等待的线程封装成节点类后加入等待队列了。如果有更多的线程需要加入，则enq（队列还没有任何节点）方法不需要执行，在addWaiter()中代码实现了直接往尾节点后面继续加入。这里是入队列的代码实现，接着看看出队列的具体实现
该方法实现出队列，看源码：
以上方法就走完了获取锁的流程，执行到这一步，在头节点的线程其实是处于阻塞状态的，它需要等待当前持有锁的那个线程去唤醒它，才会继续执行自己的业务代码
接着看看释放锁的源码实现：
总结：到这里其实整个AQS的流程就已经走完了，AQS是使用双向链表数据机构实现一个入队和出队的操作（先进先出），新增节点挂在尾节点的后面，自旋判断当前节点的前驱节点是否是头节点，如果是头节点并尝试获取锁，获取成功就将头节点和后面的节点脱钩，并处于阻塞状态，等待释放锁的方法去唤醒。
以上代码只讲解了AQS实现了一个基本的显示锁，如果要实现可重入锁或者读写锁，需要加入其它控制和实现其它方法，在此就不讨论，有兴趣可以自己去看可重入锁和读写锁的实现。
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