并发编程五 抽象队列同步器AQS应用Lock详解

一 AQS应用之Lock

1.1 并发之父

Doug Lea(小名：李二狗)

生平不识Doug Lea，学懂并发也枉然；

Java并发编程核心在于java.util.concurrent包，而juc当中的大多数同步器实现都是围绕着共同的基础行为，比如等待队列、条件队列、独占获取、共享获取等，而这个行为的抽象就是基于AbstractQueuedSynchronizer简称AQS，AQS定义了一套多线程访问共享资源的同步器框架，是一个依赖状态(state)的同步器。

1.2 ReentrantLock

ReentrantLock是一种基于AQS框架的应用实现，是JDK中的一种线程并发访问的同步手段，它的功能类似于synchronized是一种互斥锁，可以保证线程安全。而且它具有比synchronized更多的特性，比如它支持手动加锁与解锁，支持加锁的公平性。

使用ReentrantLock进行同步
ReentrantLock lock = new ReentrantLock(false);//false为非公平锁，true为公平锁
lock.lock() //加锁
//业务逻辑
//.......
lock.unlock() //解锁
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ReentrantLock如何实现synchronized不具备的公平与非公平性呢？
在ReentrantLock内部定义了一个Sync的内部类，该类继承AbstractQueuedSynchronized，对该抽象类的部分方法做了实现；并且还定义了两个子类：
1、FairSync 公平锁的实现
2、NonfairSync 非公平锁的实现
这两个类都继承自Sync，也就是间接继承了AbstractQueuedSynchronized，所以这一个ReentrantLock同时具备公平与非公平特性。
上面主要涉及的设计模式：模板模式-子类根据需要做具体业务实现

1.3 AQS具备特性

• 阻塞等待队列
• 共享/独占
• 公平/非公平
• 可重入
• 允许中断

除了Lock外，Java.util.concurrent当中同步器的实现如Latch,Barrier,BlockingQueue等，都是基于AQS框架实现

• 一般通过定义内部类Sync继承AQS
• 将同步器所有调用都映射到Sync对应的方法

AQS内部维护属性volatile int state (32位)

• state表示资源的可用状态

State三种访问方式

• getState()、setState()、compareAndSetState()

AQS定义两种资源共享方式

• Exclusive-独占，只有一个线程能执行，如ReentrantLock
• Share-共享，多个线程可以同时执行，如Semaphore/CountDownLatch

AQS定义两种队列

• 同步等待队列
• 条件等待队列

不同的自定义同步器争用共享资源的方式也不同。自定义同步器在实现时只需要实现共享资源state的获取与释放方式即可，至于具体线程等待队列的维护（如获取资源失败入队/唤醒出队等），AQS已经在顶层实现好了。自定义同步器实现时主要实现以下几种方法：

• isHeldExclusively()：该线程是否正在独占资源。只有用到condition才需要去实现它。
• tryAcquire(int)：独占方式。尝试获取资源，成功则返回true，失败则返回false。
• tryRelease(int)：独占方式。尝试释放资源，成功则返回true，失败则返回false。
• tryAcquireShared(int)：共享方式。尝试获取资源。负数表示失败；0表示成功，但没有剩余可用资源；正数表示成功，且有剩余资源。
• tryReleaseShared(int)：共享方式。尝试释放资源，如果释放后允许唤醒后续等待结点返回true，否则返回false。

1.4 同步等待队列

AQS当中的同步等待队列也称CLH队列，CLH队列是Craig、Landin、Hagersten三人发明的一种基于双向链表数据结构的队列，是FIFO先入先出线程等待队列，Java中的CLH队列是原CLH队列的一个变种,线程由原自旋机制改为阻塞机制。

1.5 条件等待队列

Condition是一个多线程间协调通信的工具类，使得某个，或者某些线程一起等待某个条件（Condition）,只有当该条件具备时，这些等待线程才会被唤醒，从而重新争夺锁

锁三大核心原理AQS:

1. 循环(自旋)
2. LockSupport
3. CAS: 比较与交换，compare and swap, 不管并发多高，都能保证原子性（加锁）
4. queu队列

公平锁：
假如T0，T1, T2, T3这四个线程抢锁，T1抢上了，则T1、T2、T3进行排队，当T1执行完自己的业务后释放锁，释放锁后新线程T4线程也来抢锁，此时T4没有直接去抢,而是去排队；

非公平锁