大白话聊聊Java并发面试问题之谈谈你对AQS的理解？【石杉的架构笔记】

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1、写在前面

上一篇文章聊了一下java并发中经常使用的原子类的原理和Java 8的优化，具体请参见文章：大白话聊聊Java并发面试问题之Java 8如何优化CAS性能？。

这篇文章，咱们来聊聊面试的时候比较有杀伤力的一个问题：聊聊你对AQS的理解？

以前有同窗反馈，去互联网公司面试，面试官聊到并发时就问到了这个问题。当时那位同窗心里估计受到了一万点伤害。。。

由于首先，不少人还真的连AQS是什么都不知道，可能听都没据说过。或者有的人据说过AQS这个名词，可是可能连具体全称怎么拼写都不知道。

更有甚者，可能会说：AQS？是否是一种思想？咱们平时开发怎么来用AQS？

整体来讲，不少同窗估计都对AQS有一种云里雾里的感受，若是用搜索引擎查一下AQS是什么？看几篇文章，估计就直接放弃了，由于密密麻麻的文字，实在是看不懂！

因此，基于上述痛点，我们这篇文章，就用最简单的大白话配合N多张手绘图，给你们讲清楚AQS究竟是什么？让各位同窗面试被问到这个问题时，不至于不知所措。

2、ReentrantLock和AQS的关系

首先咱们来看看，若是用java并发包下的ReentrantLock来加锁和释放锁，是个什么样的感受？

这个基本学过java的同窗应该都会吧，毕竟这个是java并发基本API的使用，应该每一个人都是学过的，因此咱们直接看一下代码就行了：

上面那段代码应该不难理解吧，无非就是搞一个Lock对象，而后加锁和释放锁。

你这时可能会问，这个跟AQS有啥关系？关系大了去了！由于java并发包下不少API都是基于AQS来实现的加锁和释放锁等功能的，AQS是java并发包的基础类。

举个例子，好比说ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock底层都是基于AQS来实现的。

那么AQS的全称是什么呢？AbstractQueuedSynchronizer，抽象队列同步器。给你们画一个图先，看一下ReentrantLock和AQS之间的关系。

咱们来看上面的图。说白了，ReentrantLock内部包含了一个AQS对象，也就是AbstractQueuedSynchronizer类型的对象。这个AQS对象就是ReentrantLock能够实现加锁和释放锁的关键性的核心组件。

3、ReentrantLock加锁和释放锁的底层原理

好了，那么如今若是有一个线程过来尝试用ReentrantLock的lock()方法进行加锁，会发生什么事情呢？

很简单，这个AQS对象内部有一个核心的变量叫作state，是int类型的，表明了加锁的状态。初始状态下，这个state的值是0。

另外，这个AQS内部还有一个关键变量，用来记录当前加锁的是哪一个线程，初始化状态下，这个变量是null。

接着线程1跑过来调用ReentrantLock的lock()方法尝试进行加锁，这个加锁的过程，直接就是用CAS操做将state值从0变为1。

若是不知道CAS是啥的，请看上篇文章，大白话聊聊Java并发面试问题之Java 8如何优化CAS性能？

若是以前没人加过锁，那么state的值确定是0，此时线程1就能够加锁成功。

一旦线程1加锁成功了以后，就能够设置当前加锁线程是本身。因此你们看下面的图，就是线程1跑过来加锁的一个过程。

其实看到这儿，你们应该对所谓的AQS有感受了。说白了，就是并发包里的一个核心组件，里面有state变量、加锁线程变量等核心的东西，维护了加锁状态。

你会发现，ReentrantLock这种东西只是一个外层的API，内核中的锁机制实现都是依赖AQS组件的。

这个ReentrantLock之因此用Reentrant打头，意思就是他是一个可重入锁。

可重入锁的意思，就是你能够对一个ReentrantLock对象屡次执行lock()加锁和unlock()释放锁，也就是能够对一个锁加屡次，叫作可重入加锁。

你们看明白了那个state变量以后，就知道了如何进行可重入加锁！

其实每次线程1可重入加锁一次，会判断一下当前加锁线程就是本身，那么他本身就能够可重入屡次加锁，每次加锁就是把state的值给累加1，别的没啥变化。

接着，若是线程1加锁了以后，线程2跑过来加锁会怎么样呢？

咱们来看看锁的互斥是如何实现的？线程2跑过来一下看到，哎呀！state的值不是0啊？因此CAS操做将state从0变为1的过程会失败，由于state的值当前为1，说明已经有人加锁了！

接着线程2会看一下，是否是本身以前加的锁啊？固然不是了，“加锁线程”这个变量明确记录了是线程1占用了这个锁，因此线程2此时就是加锁失败。

给你们来一张图，一块儿来感觉一下这个过程：

接着，线程2会将本身放入AQS中的一个等待队列，由于本身尝试加锁失败了，此时就要将本身放入队列中来等待，等待线程1释放锁以后，本身就能够从新尝试加锁了

因此你们能够看到，AQS是如此的核心！AQS内部还有一个等待队列，专门放那些加锁失败的线程！

一样，给你们来一张图，一块儿感觉一下：

接着，线程1在执行完本身的业务逻辑代码以后，就会释放锁！他释放锁的过程很是的简单，就是将AQS内的state变量的值递减1，若是state值为0，则完全释放锁，会将“加锁线程”变量也设置为null！

整个过程，参见下图：

接下来，会从等待队列的队头唤醒线程2从新尝试加锁。

好！线程2如今就从新尝试加锁，这时仍是用CAS操做将state从0变为1，此时就会成功，成功以后表明加锁成功，就会将state设置为1。

此外，还要把“加锁线程”设置为线程2本身，同时线程2本身就从等待队列中出队了。

最后再来一张图，你们来看看这个过程。

4、总结

OK，本文到这里为止，基本借着ReentrantLock的加锁和释放锁的过程，给你们讲清楚了其底层依赖的AQS的核心原理。

基本上你们把这篇文章看懂，之后不再会担忧面试的时候被问到：谈谈你对AQS的理解这种问题了。

其实一句话总结AQS就是一个并发包的基础组件，用来实现各类锁，各类同步组件的。它包含了state变量、加锁线程、等待队列等并发中的核心组件。

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END

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