深刻理解AQS

目录

• 简介
• 1.1 实现原理
• 2.1 一些同步器的实现

简介

AQS是Java并发包中很重要的一个抽象类，咱们所使用的ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock、CountDownLatch、Semaphore等都是基于AQS来实现的。

1.1 实现原理

AQS中维护了一个state变量这个表示共享的资源，以及一个CHL队列（多线程争夺资源的时候被阻塞的线程将会被放进这个队列）。这个队列不须要咱们去维护，咱们须要关注的几个点就是state变量的获取和释放规则。
state 变量被声明的类型是volatile类型保证多线程下的资源可见性，state=1表示当前资源被占用。
state值的更新是经过CAS操做来保证它修改的安全性。

AQS中提供了如下主要的方法：

• getState()：获取锁的标志state值
• setState()：设置锁的标志state值
• tryAcquire(int)：独占方式获取锁。尝试获取资源，成功则返回true，失败则返回false。
• tryRelease(int)：独占方式释放锁。尝试释放资源，成功则返回true，失败则返回false。

这里对应独占锁还有两个方法是对应共享锁的 tryShare方法。

private volatile int state;//共享变量，使用volatile修饰保证线程可见性
//返回同步状态的当前值
protected final int getState() {
        return state;
}
 // 设置同步状态的值
protected final void setState(int newState) {
        state = newState;
}
//原子地（CAS操做）将同步状态值设置为给定值update若是当前同步状态的值等于expect（指望值）
protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
        return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
}

2.1 一些同步器的实现

ReentrantLock 默认采用非公平锁，由于考虑得到更好的性能，经过 boolean 来决定是否用公平锁（传入 true 用公平锁）。

/** Synchronizer providing all implementation mechanics */
private final Sync sync;
public ReentrantLock() {
    // 默认非公平锁
    sync = new NonfairSync();
}
public ReentrantLock(boolean fair) {
    sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
}

ReentrantLock 中公平锁的 lock 方法

static final class FairSync extends Sync {
    final void lock() {
        acquire(1);
    }
    // AbstractQueuedSynchronizer.acquire(int arg)
    public final void acquire(int arg) {
        if (!tryAcquire(arg) &&
            acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
            selfInterrupt();
    }
    protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
        final Thread current = Thread.currentThread();
        int c = getState();
        if (c == 0) {
            // 1. 和非公平锁相比，这里多了一个判断：是否有线程在等待
            if (!hasQueuedPredecessors() &&
                compareAndSetState(0, acquires)) {
                setExclusiveOwnerThread(current);
                return true;
            }
        }
        else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
            int nextc = c + acquires;
            if (nextc < 0)
                throw new Error("Maximum lock count exceeded");
            setState(nextc);
            return true;
        }
        return false;
    }
}

非公平锁的 lock 方法：

static final class NonfairSync extends Sync {
    final void lock() {
        // 2. 和公平锁相比，这里会直接先进行一次CAS，成功就返回了
        if (compareAndSetState(0, 1))
            setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
        else
            acquire(1);
    }
    // AbstractQueuedSynchronizer.acquire(int arg)
    public final void acquire(int arg) {
        if (!tryAcquire(arg) &&
            acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
            selfInterrupt();
    }
    protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
        return nonfairTryAcquire(acquires);
    }
}
/**
 * Performs non-fair tryLock.  tryAcquire is implemented in
 * subclasses, but both need nonfair try for trylock method.
 */
final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
    final Thread current = Thread.currentThread();
    int c = getState();
    if (c == 0) {
        // 这里没有对阻塞队列进行判断
        if (compareAndSetState(0, acquires)) {
            setExclusiveOwnerThread(current);
            return true;
        }
    }
    else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
        int nextc = c + acquires;
        if (nextc < 0) // overflow
            throw new Error("Maximum lock count exceeded");
        setState(nextc);
        return true;
    }
    return false;
}

总结：公平锁和非公平锁只有两处不一样：

非公平锁在调用 lock 后，首先就会调用 CAS 进行一次抢锁，若是这个时候恰巧锁没有被占用，那么直接就获取到锁返回了。
非公平锁在 CAS 失败后，和公平锁同样都会进入到 tryAcquire 方法，在 tryAcquire 方法中，若是发现锁这个时候被释放了（state == 0），非公平锁会直接 CAS 抢锁，可是公平锁会判断等待队列是否有线程处于等待状态，若是有则不去抢锁，乖乖排到后面。
公平锁和非公平锁就这两点区别，若是这两次 CAS 都不成功，那么后面非公平锁和公平锁是同样的，都要进入到阻塞队列等待唤醒。

相对来讲，非公平锁会有更好的性能，由于它的吞吐量比较大。固然，非公平锁让获取锁的时间变得更加不肯定，可能会致使在阻塞队列中的线程长期处于饥饿状态。