JAVA并发之谈谈你对AQS的理解

一、AQS是什么

AQS的全称是 （AbstractQueuedSynchronizer ），它定义了一套多线程访问共享资源的同步器框架，是 J.U.C 包中多个组件的底层实现，如 Lock、CountDownLatch、Semaphore 等都用到了 AQS。

通过查看AbstractQueuedSynchronizer的实现类如下图：

二、AQS具备哪些特性

1. 阻塞等待队列
   1.1 获取锁失败的线程会进入到一个阻塞等待队列中。
2. 共享 / 独占
   从本质上来说，AQS 提供了两种锁机制，分别是独占锁，和共享锁。
   2.1 独占锁，就是存在多线程竞争同一共享资源时，同一时刻只允许一个线程访问该共享资源，也就是多个线程中只能有一个线程获得锁资源，比如 Lock 中的ReentrantLock 重入锁实现就是用到了 AQS 中的排它锁功能。
   2.2 共享锁也称为读锁，就是在同一时刻允许多个线程同时获得锁资源，比如CountDownLatch 和 Semaphore 都是用到了 AQS 中的共享锁功能。
3. 公平/非公平
   3.1 公平：线程在获取锁失败时，直接进入阻塞队列。
   3.2 非公平：线程在获取锁失败时，进入阻塞队列总会再尝试一次获取锁，插队。
4. 可重入
   4.1 对于同一把锁，获取锁的当前线程可以重复获取。
5. 允许中断
   5.1 提供中断机制，来干预线程之间的通信或协作。

三、用的哪种设计模式

     模板方法模式

四、AQS与锁二者之间的关系

1. 锁是面向使用者的，它定义了使用者与锁交互的接口，隐藏了实现细节。
2. 同步器是面向锁的实现者，它简化了锁的实现方式，屏蔽了同步状态管理、线程的排队、等待与唤醒等底层操作。
3. 锁和同步器很好地隔离了使用者和实现者所需关注的领域。

看两张图吧：

以独占锁ReentrantLock为例：

ReentrantLock实现了Lock的接口，没有直接与AQS交互，而是通过一个内部Sync类继承AQS，将同步器的所有调用都映射到对应的Sync对应的方法。

ReentrantLock加锁方法 lock()：

查看 Sync的类图继承关系如下：

五、如何基于AQS实现一把独占锁

1. 因为AQS内部帮我们把像多线程访问共享资源获取锁失败时，线程 入队、出队、阻塞、唤醒 提供好了，所以实现一把锁非常容易。
2. 我们只需要关注加锁方法 tryAcquire 和释放锁资源方法 tryRelease 即可，其他的AQS已经为我们实现好了。

代码如下：

/**
 * Created with IntelliJ IDEA.
 * @Author: zhaoxn
 * @Date: 2022/11/25/21:51
 * @Description:基于AQS实现一把互斥锁
 */
public class MutexLock extends AbstractQueuedSynchronizer{

    @Override
    protected boolean tryAcquire(int unused) {
        //cas 加锁
        if (compareAndSetState(0, 1)) {
            setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
            return true;
        }
        return false;
    }

    @Override
    protected boolean tryRelease(int unused) {
        //释放锁
        setExclusiveOwnerThread(null);
        setState(0);
        return true;
    }

    //调用AQS内部的tryAcquire方法获取锁，失败需要入队或成功直接返回
    public void lock() {
        acquire(1);
    }

    //调用自己重写的tryAcquire方法获取锁，失败或成功直接返回
    public boolean tryLock() {
        return tryAcquire(1);
    }

    //重写释放锁资源的方法，至于释放锁以后唤醒队列中阻塞的线程，交给AQS内部就好了
    public void unlock() {
        release(1);
    }
    

}
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六、参考资料

         Java并发编程的艺术

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• AQS之Semaphore详解：AQS之Semaphore详解
• AQS之ReentrantLock详解：AQS之ReentrantLock详解
• CountDownLatch基本使用及原理：CountDownLatch基本使用及原理