死磕 java同步系列之AQS终篇（面试）

阳光穿透心脏的1/2处 2022-01-09 08:09 267阅读 0赞

## 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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[java]: https://mp.weixin.qq.com/s/gdQpO7kqnWT41gFd4vXTlQ
[java_Unsafe]: https://mp.weixin.qq.com/s/0s-u-MysppIaIHVrshp9fA
[java_JMM_Java Memory Model]: https://mp.weixin.qq.com/s/jownTN--npu3o8B4c3sbeA
[java_volatile]: https://mp.weixin.qq.com/s/TROZ4BhcDImwHvhAl_I_6w
[java_synchronized]: https://mp.weixin.qq.com/s/RT7VreIh9PU03HhE3WSLjg
[java_Lock]: https://mp.weixin.qq.com/s/1RU5jh7UcXGtKlae8tusVA
[java_AQS]: https://mp.weixin.qq.com/s/nAqgec8GscULz6DkkYFINg
[java_ReentrantLock]: https://mp.weixin.qq.com/s/52Ib23kbmqqkWAZtlZF-zA
[java_ReentrantLock 1]: https://mp.weixin.qq.com/s/iipAVWynBUZazhSvBwMB5g
[java_ReentrantLock VS synchronized]: https://mp.weixin.qq.com/s/o8ZFXDoKhj237SsrqGeJPQ
[java_ReentrantReadWriteLock]: https://mp.weixin.qq.com/s/aOQwZ0S8at-64xIXo8fLfA
[java_Semaphore]: https://mp.weixin.qq.com/s/ft0_PU7Tgz7920yKy-xisQ
[java_CountDownLatch]: https://mp.weixin.qq.com/s/QHFXKVybKz_iwgC8reGfPQ
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