并发编程算是Java的一个难点,经常做业务相关的程序员基本上用不到juc的包,但是这些知识点十分重要,所以不管在哪里,时刻保持学习真的很重要。

(一)AQS概述

Java并发编程的核心在于java.concurrent.util包,juc中大多数同步器的实现都围绕了一个公共的行为,比如等待队列、条件队列、独占获取、共享获取等,这个行为的抽象就是基于AbstractQueuedSynchronized(AQS)。AQS定义了多线程访问共享资源的同步器框架。
简单来讲,AQS就好比一个行为准则,而并发包中的大多数同步器在这个准则下实现。
AQS具备以下的几个特性:阻塞等待队列、共享/独占、公平/非公平、可重入、允许中断。
如果你点开JUC发源码,会发现大量同步器的实现,比如:Lock、Latch、Barrier等都基于AQS实现。

(二)几个重要的知识点

在AQS中,我们需要记住几个重要的知识点:





1、AQS的实现通常是定义内部类Sync继承AQS,将同步器的所有调用都映射到Sync对应的方法上。
2、AQS内部有个属性叫state,表示资源的可用状态。state有三种访问方式getState()、setState()、compareAndSetState()
3、AQS定义了两种资源的共享方式:独占(Exclusive)如ReentrantLock、共享(Share)如Semaphore或CountDownLatch
4、AQS中定义了同步等待队列,用于存放等待线程的一个队列。
这几个知识点会在后面的内容中使用到。

(三)ReentrantLock

我们通过ReentrantLock这个示例来更深入的了解AQS。我会通过上面四个知识点去讲解ReentrantLock中AQS的使用。
1、首先进入ReentrantLock的源码内部,直接就能看到ReentrantLock中定义的内部类Sync





Sync继承了AQS,按AQS去指定同步规则。
2、既然继承了AQS,ReentrantLock内部也相当于有了state,这个state用来记录上锁的次数,ReentrantLock是个可重入锁,如果多次上锁,state会记录上锁的次数,需要释放同样次数的锁才算把锁释放完。
3、ReentrantLock的资源是独占的,AbstractQueuedSynchronized继承了一个叫AbstractOwnableSynchronizer的抽象类:





在这个类中,有个变量叫exclusiveOwnerThread,这个变量记录着当前是哪个线程独占了锁。
4、同步等待队列:由于ReentrantLock是个独占的锁,当有一个线程在使用这个锁的时候,其他线程就要到队列中去等待,这个队列是一种基于双向链表的队列(类CLH队列),节点中存放线程信息。





(四)可重入锁

在介绍AQS时,我们讲到了AQS中有个状态值state,这个值用来判断当前资源的可用状态。可重入锁的意思就是对一个对象可以实现多次加锁,state就用来记录加锁的次数。下面写一段代码:




public class ReentrantLockTest { //定义全局的锁对象 private static final Lock lock=new ReentrantLock(true); public static int count=0; public static void main(String[] args) { new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { testlock(); } },"线程A").start(); new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { testlock(); } },"线程B").start(); } private static void testlock() { lock.lock(); count++; System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"第一次加锁"+count); lock.lock(); count++; System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"第二次加锁"+count); count--; lock.unlock(); System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"第一次解锁"+count); count--; lock.unlock(); System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"第二次解锁"+count); } }
生成两个线程,让他们去执行testlock方法,然后在testlock方法的开始和结束加锁,保证同时只有一个线程可以执行里面的方法。最后的结果是线程有序执行:





在代码中,我们进行了两次lock,这就是可重入锁。我们通过断点调试,来分析第二次加锁后lock中的值,下面给出了说明。





(五)公平锁与非公平锁

我们在用构造方法创建ReentrantLock的时候,可以传入一个boolean类型的参数,true或false




private static final Lock lock=new ReentrantLock(true);
这里的true和false代表了创建的ReentrantLock对象是公平锁还是非公平锁





通过上文的学习,我们知道当有线程在使用锁的时候,其他线程是处于等待队列中的,而一旦锁被释放后,他会去唤醒等待队列中的第一个锁
如果是公平锁,当有新的线程来的时候,他会先去看看等待队列中有没有等待的线程,如果有,则乖乖跑到最后去排队
如果是非公平锁,当有新的线程来的时候,直接看state的状态,如果发现是0,不管等待队列有没有等待的线程,直接去和被唤醒的锁竞争,如果竞争失败了,则乖乖跑到队列最后去排队,否则就直接占有锁。
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