死磕 java同步系列之AQS终篇(面试)

问题

(1)AQS的定位?

(2)AQS的重要组成部分?

(3)AQS运用的设计模式?

(4)AQS的总体流程?

简介

AQS的全称是AbstractQueuedSynchronizer,它的定位是为Java中几乎所有的锁和同步器提供一个基础框架。

在之前的章节中,我们一起学习了ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock、Semaphore、CountDownLatch的源码,今天我们一起来对AQS做个总结。

状态变量state

AQS中定义了一个状态变量state,它有以下两种使用方法:

(1)互斥锁

当AQS只实现为互斥锁的时候,每次只要原子更新state的值从0变为1成功了就获取了锁,可重入是通过不断把state原子更新加1实现的。

(2)互斥锁 + 共享锁

当AQS需要同时实现为互斥锁+共享锁的时候,低16位存储互斥锁的状态,高16位存储共享锁的状态,主要用于实现读写锁。

互斥锁是一种独占锁,每次只允许一个线程独占,且当一个线程独占时,其它线程将无法再获取互斥锁及共享锁,但是它自己可以获取共享锁。

共享锁同时允许多个线程占有,只要有一个线程占有了共享锁,所有线程(包括自己)都将无法再获取互斥锁,但是可以获取共享锁。

AQS队列

AQS中维护了一个队列,获取锁失败(非tryLock())的线程都将进入这个队列中排队,等待锁释放后唤醒下一个排队的线程(互斥锁模式下)。

Condition队列

AQS中还有另一个非常重要的内部类ConditionObject,它实现了Condition接口,主要用于实现条件锁。

ConditionObject中也维护了一个队列,这个队列主要用于等待条件的成立,当条件成立时,其它线程将signal这个队列中的元素,将其移动到AQS的队列中,等待占有锁的线程释放锁后被唤醒。

Condition典型的运用场景是在BlockingQueue中的实现,当队列为空时,获取元素的线程阻塞在notEmpty条件上,一旦队列中添加了一个元素,将通知notEmpty条件,将其队列中的元素移动到AQS队列中等待被唤醒。

模板方法

AQS这个抽象类把模板方法设计模式运用地炉火纯青,它里面定义了一系列的模板方法,比如下面这些:

// 获取互斥锁
public final void acquire(int arg) {
    // tryAcquire(arg)需要子类实现
    if (!tryAcquire(arg) &&
        acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
        selfInterrupt();
}
// 获取互斥锁可中断
public final void acquireInterruptibly(int arg)
        throws InterruptedException {
    if (Thread.interrupted())
        throw new InterruptedException();
    // tryAcquire(arg)需要子类实现
    if (!tryAcquire(arg))
        doAcquireInterruptibly(arg);
}    
// 获取共享锁
public final void acquireShared(int arg) {
    // tryAcquireShared(arg)需要子类实现
    if (tryAcquireShared(arg) < 0)
     doAcquireShared(arg);
}
// 获取共享锁可中断
public final void acquireSharedInterruptibly(int arg)
        throws InterruptedException {
    if (Thread.interrupted())
        throw new InterruptedException();
    // tryAcquireShared(arg)需要子类实现
    if (tryAcquireShared(arg) < 0)
        doAcquireSharedInterruptibly(arg);
}
// 释放互斥锁
public final boolean release(int arg) {
    // tryRelease(arg)需要子类实现
    if (tryRelease(arg)) {
        Node h = head;
        if (h != null && h.waitStatus != 0)
            unparkSuccessor(h);
        return true;
    }
    return false;
}
// 释放共享锁
public final boolean releaseShared(int arg) {
    // tryReleaseShared(arg)需要子类实现
    if (tryReleaseShared(arg)) {
        doReleaseShared();
        return true;
    }
    return false;
}

获取锁、释放锁的这些方法基本上都穿插在ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock、Semaphore、CountDownLatch的源码解析中了,现在看他们是不是舒服多了,如果一开始就看这些源码,难免会很晕。

需要子类实现的方法

上面一起学习了AQS中几个重要的模板方法,下面我们再一起学习下几个需要子类实现的方法:

// 互斥模式下使用:尝试获取锁
protected boolean tryAcquire(int arg) {
    throw new UnsupportedOperationException();
}
// 互斥模式下使用:尝试释放锁
protected boolean tryRelease(int arg) {
    throw new UnsupportedOperationException();
}
// 共享模式下使用:尝试获取锁
protected int tryAcquireShared(int arg) {
    throw new UnsupportedOperationException();
}
// 共享模式下使用:尝试释放锁
protected boolean tryReleaseShared(int arg) {
    throw new UnsupportedOperationException();
}
// 如果当前线程独占着锁,返回true
protected boolean isHeldExclusively() {
    throw new UnsupportedOperationException();
}

这几个方法为什么不直接定义成抽象方法呢?

因为子类只要实现这几个方法中的一部分就可以实现一个同步器了,所以不需要定义成抽象方法。

总结

今天我们大概讲了下AQS中几个重要的组成部分,搞明白了这几个结构,AQS对你将没有任何秘密可言,当然面试的时候能把这几个点答清楚,面试官也会眼前一亮的。

(1)状态变量state;

(2)AQS队列;

(3)Condition队列;

(4)模板方法;

(5)需要子类实现的方法;

彩蛋

经过前面的学习,您能简要描述一下AQS获取互斥锁的大体流程吗?

这里彤哥就不作答了,相信学习完前面的内容,答这道题不是个问题了,答不上来的还需要把下面的推荐阅读好好多看几遍^^

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