死磕 java同步系列之AQS終篇（面試）

問題

（1）AQS的定位？

（2）AQS的重要組成部分？

（3）AQS運用的設計模式？

（4）AQS的總體流程？

簡介

AQS的全稱是AbstractQueuedSynchronizer，它的定位是為Java中幾乎所有的鎖和同步器提供一個基礎框架。

在之前的章節中，我們一起學習了ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock、Semaphore、CountDownLatch的源碼，今天我們一起來對AQS做個總結。

狀態變量state

AQS中定義了一個狀態變量state，它有以下兩種使用方法：

（1）互斥鎖

當AQS只實現為互斥鎖的時候，每次只要原子更新state的值從0變為1成功了就獲取了鎖，可重入是通過不斷把state原子更新加1實現的。

（2）互斥鎖 + 共享鎖

當AQS需要同時實現為互斥鎖+共享鎖的時候，低16位存儲互斥鎖的狀態，高16位存儲共享鎖的狀態，主要用于實現讀寫鎖。

互斥鎖是一種獨占鎖，每次只允許一個線程獨占，且當一個線程獨占時，其它線程將無法再獲取互斥鎖及共享鎖，但是它自己可以獲取共享鎖。

共享鎖同時允許多個線程占有，只要有一個線程占有了共享鎖，所有線程（包括自己）都將無法再獲取互斥鎖，但是可以獲取共享鎖。

AQS隊列

AQS中維護了一個隊列，獲取鎖失敗（非tryLock()）的線程都將進入這個隊列中排隊，等待鎖釋放后喚醒下一個排隊的線程（互斥鎖模式下）。

Condition隊列

AQS中還有另一個非常重要的內部類ConditionObject，它實現了Condition接口，主要用于實現條件鎖。

ConditionObject中也維護了一個隊列，這個隊列主要用于等待條件的成立，當條件成立時，其它線程將signal這個隊列中的元素，將其移動到AQS的隊列中，等待占有鎖的線程釋放鎖后被喚醒。

Condition典型的運用場景是在BlockingQueue中的實現，當隊列為空時，獲取元素的線程阻塞在notEmpty條件上，一旦隊列中添加了一個元素，將通知notEmpty條件，將其隊列中的元素移動到AQS隊列中等待被喚醒。

模板方法

AQS這個抽象類把模板方法設計模式運用地爐火純青，它里面定義了一系列的模板方法，比如下面這些：

// 獲取互斥鎖
public final void acquire(int arg) {
    // tryAcquire(arg)需要子類實現
    if (!tryAcquire(arg) &&
        acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
        selfInterrupt();
}
// 獲取互斥鎖可中斷
public final void acquireInterruptibly(int arg)
        throws InterruptedException {
    if (Thread.interrupted())
        throw new InterruptedException();
    // tryAcquire(arg)需要子類實現
    if (!tryAcquire(arg))
        doAcquireInterruptibly(arg);
}    
// 獲取共享鎖
public final void acquireShared(int arg) {
    // tryAcquireShared(arg)需要子類實現
    if (tryAcquireShared(arg) < 0)
     doAcquireShared(arg);
}
// 獲取共享鎖可中斷
public final void acquireSharedInterruptibly(int arg)
        throws InterruptedException {
    if (Thread.interrupted())
        throw new InterruptedException();
    // tryAcquireShared(arg)需要子類實現
    if (tryAcquireShared(arg) < 0)
        doAcquireSharedInterruptibly(arg);
}
// 釋放互斥鎖
public final boolean release(int arg) {
    // tryRelease(arg)需要子類實現
    if (tryRelease(arg)) {
        Node h = head;
        if (h != null && h.waitStatus != 0)
            unparkSuccessor(h);
        return true;
    }
    return false;
}
// 釋放共享鎖
public final boolean releaseShared(int arg) {
    // tryReleaseShared(arg)需要子類實現
    if (tryReleaseShared(arg)) {
        doReleaseShared();
        return true;
    }
    return false;
}

獲取鎖、釋放鎖的這些方法基本上都穿插在ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock、Semaphore、CountDownLatch的源碼解析中了，現在看他們是不是舒服多了，如果一開始就看這些源碼，難免會很暈。

需要子類實現的方法

上面一起學習了AQS中幾個重要的模板方法，下面我們再一起學習下幾個需要子類實現的方法：

// 互斥模式下使用：嘗試獲取鎖
protected boolean tryAcquire(int arg) {
    throw new UnsupportedOperationException();
}
// 互斥模式下使用：嘗試釋放鎖
protected boolean tryRelease(int arg) {
    throw new UnsupportedOperationException();
}
// 共享模式下使用：嘗試獲取鎖
protected int tryAcquireShared(int arg) {
    throw new UnsupportedOperationException();
}
// 共享模式下使用：嘗試釋放鎖
protected boolean tryReleaseShared(int arg) {
    throw new UnsupportedOperationException();
}
// 如果當前線程獨占著鎖，返回true
protected boolean isHeldExclusively() {
    throw new UnsupportedOperationException();
}

這幾個方法為什么不直接定義成抽象方法呢？

因為子類只要實現這幾個方法中的一部分就可以實現一個同步器了，所以不需要定義成抽象方法。

總結

今天我們大概講了下AQS中幾個重要的組成部分，搞明白了這幾個結構，AQS對你將沒有任何秘密可言，當然面試的時候能把這幾個點答清楚，面試官也會眼前一亮的。

（1）狀態變量state；

（2）AQS隊列；

（3）Condition隊列；

（4）模板方法；

（5）需要子類實現的方法；

彩蛋

經過前面的學習，您能簡要描述一下AQS獲取互斥鎖的大體流程嗎？

這里彤哥就不作答了，相信學習完前面的內容，答這道題不是個問題了，答不上來的還需要把下面的推薦閱讀好好多看幾遍^^

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