对AQS的简单理解及自定义锁的实现

个人博客

http://www.milovetingting.cn

对AQS的简单理解及自定义锁的实现

AQS

AQS,即AbstractQueuedSynchronizer,意为队列同步器，是用来构建锁或者其它同步组件的基础框架。

AQS使用一个int类型的state表示同步状态。

AQS使用了模版方法的设计模式，子类继承AQS后，通过实现抽象方法来管理同步状态。

AQS在ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock、Semaphore、CountDownLatch等类中都有广泛使用。

ReentrantLock中的AQS

下面以ReentrantLock为例，来看下AQS的具体使用

ReentrantLock中有一个Sync类型的成员变量sync。

private final Sync sync;

Sync的定义

abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
        //...
    }

Sync是一个继承自AQS的抽象类，只实现了一部分的抽象方法。它有两个子类:

NonfairSync:用于实现非公平锁

/**
* Sync object for non-fair locks
*/
static final class NonfairSync extends Sync {
        private static final long serialVersionUID = 7316153563782823691L;

        /**
         * Performs lock.  Try immediate barge, backing up to normal
         * acquire on failure.
         */
        final void lock() {
            if (compareAndSetState(0, 1))
                setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
            else
                acquire(1);
        }

        protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
            return nonfairTryAcquire(acquires);
        }
    }

FairSync:用于实现公平锁

/**
* Sync object for fair locks
*/
static final class FairSync extends Sync {
        private static final long serialVersionUID = -3000897897090466540L;

        final void lock() {
            acquire(1);
        }

        /**
         * Fair version of tryAcquire.  Don't grant access unless
         * recursive call or no waiters or is first.
         */
        protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
            final Thread current = Thread.currentThread();
            int c = getState();
            if (c == 0) {
                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;
        }
    }

在Sync的子类实现中，主要用到了getState()、setState(int newState)、compareAndSetState(int expect,int update)方法。

protected final int getState() {
        return state;
    }

protected final void setState(int newState) {
        state = newState;
    }

protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
        // See below for intrinsics setup to support this
        return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
    }

通过CAS来实现同步操作。

在使用ReentrantLock时，默认是非公平锁

public ReentrantLock() {
        sync = new NonfairSync();
    }

我们也可以指定使用公平锁或非公平锁

public ReentrantLock(boolean fair) {
        sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
    }

CLH队列锁

CLH队列锁即Craig, Landin, and Hagersten (CLH) locks。

CLH队列锁也是一种基于链表的可扩展、高性能、公平的自旋锁，申请线程仅仅在本地变量上自旋，它不断轮询前驱的状态，假设发现前驱释放了锁就结束自旋。

自定义锁

自定义不可重入锁

下面基于AQS实现一个自定义的锁

  1. 定义一个类实现Lock接口
public class CustomLock implements Lock {
    
    @Override
    public void lock() {

    }

    @Override
    public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {

    }

    @Override
    public boolean tryLock() {
        return false;
    }

    @Override
    public boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
        return false;
    }

    @Override
    public void unlock() {

    }

    @Override
    public Condition newCondition() {
        return null;
    }
}

可以看到，实现Lock后，生成的默认方法如上。

  1. 定义一个静态内部类继承自AQS,并实现tryAcquire、tryRelease、isHeldExclusively方法
private static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
        @Override
        protected boolean tryAcquire(int arg) {
            if (compareAndSetState(0, 1)) {
                setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
                return true;
            }
            return false;
        }

        @Override
        protected boolean tryRelease(int arg) {
            if (getState() == 0) {
                throw new IllegalMonitorStateException();
            }
            setExclusiveOwnerThread(null);
            setState(0);
            return true;
        }

        @Override
        protected boolean isHeldExclusively() {
            return getState() == 1;
        }

        Condition newCondition() {
            return new ConditionObject();
        }
    }
  1. 定义Sync类型的变量，并具体实现Lock接口定义的方法
private Sync sync = new Sync();

@Override
    public void lock() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " ready get lock");
        sync.acquire(1);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " already got lock");
    }

    @Override
    public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {
        sync.acquireInterruptibly(1);
    }

    @Override
    public boolean tryLock() {
        return sync.tryAcquire(1);
    }

    @Override
    public boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
        return sync.tryAcquireNanos(1, unit.toNanos(time));
    }

    @Override
    public void unlock() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " ready release lock");
        sync.release(1);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " already released lock");
    }

    @Override
    public Condition newCondition() {
        return sync.newCondition();
    }
  1. 使用
Lock lock = new CustomLock();
try{
    lock.lock();
    //执行具体的业务
}
catch(Exception e){
    e.printStackTrace();
}
finally{
    lock.unlock();
}

以上4步，即可以实现简单的自定义锁。

  1. 完整代码
public class CustomLock implements Lock {

    private Sync sync = new Sync();

    @Override
    public void lock() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " ready get lock");
        sync.acquire(1);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " already got lock");
    }

    @Override
    public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {
        sync.acquireInterruptibly(1);
    }

    @Override
    public boolean tryLock() {
        return sync.tryAcquire(1);
    }

    @Override
    public boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
        return sync.tryAcquireNanos(1, unit.toNanos(time));
    }

    @Override
    public void unlock() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " ready release lock");
        sync.release(1);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " already released lock");
    }

    @Override
    public Condition newCondition() {
        return sync.newCondition();
    }

    private static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
        @Override
        protected boolean tryAcquire(int arg) {
            if (compareAndSetState(0, 1)) {
                setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
                return true;
            }
            return false;
        }

        @Override
        protected boolean tryRelease(int arg) {
            if (getState() == 0) {
                throw new IllegalMonitorStateException();
            }
            setExclusiveOwnerThread(null);
            setState(0);
            return true;
        }

        @Override
        protected boolean isHeldExclusively() {
            return getState() == 1;
        }

        Condition newCondition() {
            return new ConditionObject();
        }
    }
}

自定义可重入锁

和上面的步骤差不多，只需要在继承AQS的类的实现方法中修改即可

private static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
        @Override
        protected boolean tryAcquire(int arg) {
            if (compareAndSetState(0, 1)) {
                setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
                return true;
            } else if (getExclusiveOwnerThread() == Thread.currentThread()) {
                setState(getState() + 1);
                return true;
            }
            return false;
        }

        @Override
        protected boolean tryRelease(int arg) {
            if (getExclusiveOwnerThread() != Thread.currentThread()) {
                throw new IllegalMonitorStateException();
            }
            if (getState() == 0) {
                throw new IllegalMonitorStateException();
            }
            setState(getState() - 1);
            if (getState() == 0) {
                setExclusiveOwnerThread(null);
            }
            return true;
        }

        @Override
        protected boolean isHeldExclusively() {
            return getState() > 0;
        }

        Condition newCondition() {
            return new ConditionObject();
        }
    }

完整代码

public class CustomReentrantLock implements Lock {

    private Sync sync = new Sync();

    @Override
    public void lock() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " ready get lock");
        sync.acquire(1);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " already got lock");
    }

    @Override
    public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {
        sync.acquireInterruptibly(1);
    }

    @Override
    public boolean tryLock() {
        return sync.tryAcquire(1);
    }

    @Override
    public boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
        return sync.tryAcquireNanos(1, unit.toNanos(time));
    }

    @Override
    public void unlock() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " ready release lock");
        sync.release(1);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " already released lock");
    }

    @Override
    public Condition newCondition() {
        return sync.newCondition();
    }

    private static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
        @Override
        protected boolean tryAcquire(int arg) {
            if (compareAndSetState(0, 1)) {
                setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
                return true;
            } else if (getExclusiveOwnerThread() == Thread.currentThread()) {
                setState(getState() + 1);
                return true;
            }
            return false;
        }

        @Override
        protected boolean tryRelease(int arg) {
            if (getExclusiveOwnerThread() != Thread.currentThread()) {
                throw new IllegalMonitorStateException();
            }
            if (getState() == 0) {
                throw new IllegalMonitorStateException();
            }
            setState(getState() - 1);
            if (getState() == 0) {
                setExclusiveOwnerThread(null);
            }
            return true;
        }

        @Override
        protected boolean isHeldExclusively() {
            return getState() > 0;
        }

        Condition newCondition() {
            return new ConditionObject();
        }
    }
}
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 人面猴
    序言：七十年代末，一起剥皮案震惊了整个滨河市，随后出现的几起案子，更是在滨河造成了极大的恐慌，老刑警刘岩，带你破解...
    沈念sama阅读 212,222评论 6赞 493
  • 死咒
    序言：滨河连续发生了三起死亡事件，死亡现场离奇诡异，居然都是意外死亡，警方通过查阅死者的电脑和手机，发现死者居然都...
    沈念sama阅读 90,455评论 3赞 385
  • 救了他两次的神仙让他今天三更去死
    文/潘晓璐 我一进店门，熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来，“玉大人，你说我怎么就摊上这事。” “怎么了？”我有些...
    开封第一讲书人阅读 157,720评论 0赞 348
  • 道士缉凶录：失踪的卖姜人
    文/不坏的土叔 我叫张陵，是天一观的道长。 经常有香客问我，道长，这世上最难降的妖魔是什么？ 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 56,568评论 1赞 284
  • 港岛之恋（遗憾婚礼）
    正文 为了忘掉前任，我火速办了婚礼，结果婚礼上，老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己，他们只是感情好，可当我...
    茶点故事阅读 65,696评论 6赞 386
  • 恶毒庶女顶嫁案：这布局不是一般人想出来的
    文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着，像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上，一...
    开封第一讲书人阅读 49,879评论 1赞 290
  • 城市分裂传说
    那天，我揣着相机与录音，去河边找鬼。 笑死，一个胖子当着我的面吹牛，可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播，决...
    沈念sama阅读 39,028评论 3赞 409
  • 双鸳鸯连环套：你想象不到人心有多黑
    文/苍兰香墨 我猛地睁开眼，长吁一口气：“原来是场噩梦啊……” “哼！你这毒妇竟也来了？” 一声冷哼从身侧响起，我...
    开封第一讲书人阅读 37,773评论 0赞 268
  • 万荣杀人案实录
    序言：老挝万荣一对情侣失踪，失踪者是张志新（化名）和其女友刘颖，没想到半个月后，有当地人在树林里发现了一具尸体，经...
    沈念sama阅读 44,220评论 1赞 303
  • 护林员之死
    正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡，尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 36,550评论 2赞 327
  • 白月光启示录
    正文 我和宋清朗相恋三年，在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 38,697评论 1赞 341
  • 活死人
    序言：一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡，死状恐怖，灵堂内的尸体忽然破棺而出，到底是诈尸还是另有隐情，我是刑警宁泽，带...
    沈念sama阅读 34,360评论 4赞 332
  • 日本核电站爆炸内幕
    正文 年R本政府宣布，位于F岛的核电站，受9级特大地震影响，放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜，却给世界环境...
    茶点故事阅读 40,002评论 3赞 315
  • 男人毒药：我在死后第九天来索命
    文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹，春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 30,782评论 0赞 21
  • 一桩弑父案，背后竟有这般阴谋
    文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至，却和暖如春，着一层夹袄步出监牢的瞬间，已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 32,010评论 1赞 266
  • 情欲美人皮
    我被黑心中介骗来泰国打工， 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留，地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 46,433评论 2赞 360
  • 代替公主和亲
    正文 我出身青楼，却偏偏与公主长得像，于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子，可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 43,587评论 2赞 350