前言

相信大家對(duì)Java中的Lock鎖應(yīng)該不會(huì)陌生，比如ReentrantLock，鎖主要是用來(lái)解決解決多線程運(yùn)行訪問(wèn)共享資源時(shí)的線程安全問(wèn)題。那你是不是很好奇，這些Lock鎖api是如何實(shí)現(xiàn)的呢？本文就是來(lái)探討一下這些Lock鎖底層的AQS（AbstractQueuedSynchronizer）到底是如何實(shí)現(xiàn)的。

本文是基于ReentrantLock來(lái)講解，ReentrantLock加鎖只是對(duì)AQS的api的調(diào)用，底層的鎖的狀態(tài)(state)和其他線程等待(Node雙向鏈表)的過(guò)程其實(shí)是由AQS來(lái)維護(hù)的

加鎖

我們先來(lái)看看加鎖的過(guò)程，先看源碼，然后模擬兩個(gè)線程來(lái)加鎖的過(guò)程。

上圖是ReentrantLock的部分實(shí)現(xiàn)。里面有一個(gè)Sync的內(nèi)部類的實(shí)例變量，這個(gè)Sync內(nèi)部類繼承自AQS，Sync子類就包括公平鎖和非公平鎖的實(shí)現(xiàn)。說(shuō)白了其實(shí)ReentrantLock是通過(guò)Sync的子類來(lái)實(shí)現(xiàn)加鎖。

我們就來(lái)看一下Sync的非公平鎖的實(shí)現(xiàn)NonfairSync。

重寫了它的lock加鎖方法，在實(shí)現(xiàn)中因?yàn)槭欠枪降?，所以一進(jìn)來(lái)會(huì)先通過(guò)cas嘗試將AQS類的state參數(shù)改為1，直接嘗試加鎖。如果嘗試加鎖失敗會(huì)調(diào)用AQS的acquire方法繼續(xù)嘗試加鎖。

假設(shè)這里有個(gè)線程1先來(lái)調(diào)用lock方法，那么此時(shí)沒(méi)有人加鎖，那么就通過(guò)CAS操作，將AQS中的state中的變量由0改為1，代表有人來(lái)加鎖，然后將加鎖的線程設(shè)置為自己如圖。

那么此時(shí)有另一個(gè)線程2來(lái)加鎖，發(fā)現(xiàn)通過(guò)CAS操作會(huì)失敗，因?yàn)閟tate已經(jīng)被設(shè)置為1了，線程線程2就會(huì)設(shè)置失敗，那么此時(shí)就會(huì)走else，調(diào)用AQS的acquire方法繼續(xù)嘗試加鎖。

進(jìn)入到acquire會(huì)先調(diào)用tryAcquire再次嘗試加鎖，而這個(gè)tryAcquire方法AQS其實(shí)是沒(méi)有什么實(shí)現(xiàn)的，會(huì)調(diào)用到NonfairSync里面的tryAcquire，而tryAcquire實(shí)際會(huì)調(diào)用到Sync內(nèi)部類里面的nonfairTryAcquire非公平嘗試加鎖方法。

先獲取鎖的狀態(tài)，判斷鎖的狀態(tài)是不是等于0，等于0說(shuō)明沒(méi)人加鎖，可以嘗試去加，如果被加鎖了，就會(huì)走else if，else if會(huì)判斷加鎖的線程是不是當(dāng)前線程，是的話就給state 加 1，代表當(dāng)前線程加了2次鎖，就是可重入鎖的意思（所謂的可重入就是代表一個(gè)線程可以多次獲取到鎖，只是將state 設(shè)置為多次，當(dāng)線程多次釋放鎖之后，將state 設(shè)置為0才代表當(dāng)前線程完全釋放了鎖）。

這里所有的條件假設(shè)都不成立。也就是線程2嘗試加鎖的時(shí)候，線程1并沒(méi)有釋放鎖，那么這個(gè)方法就會(huì)返回false。

接下來(lái)就會(huì)走到addWaiter方法，這個(gè)方法很重要，就是將當(dāng)前線程封裝成一個(gè)Node，然后將這個(gè)Node放入雙向鏈表中。addWaiter先根據(jù)指定模式創(chuàng)建指定的node節(jié)點(diǎn)，因?yàn)镽eentrantLock是獨(dú)占模式，所以傳進(jìn)去的EXCLUSIVE，這里通過(guò)當(dāng)前線程和模式傳入，初始化一個(gè)雙向node節(jié)點(diǎn)，獲取最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)，根據(jù)最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)是否存在來(lái)操作當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的父級(jí)。如果尾節(jié)點(diǎn)不存在會(huì)去調(diào)用enq去初始化

放入鏈表中之后如圖。

然后調(diào)用acquireQueued方法

這個(gè)方法一進(jìn)來(lái)也會(huì)嘗試將當(dāng)前節(jié)點(diǎn)去加鎖，然后如果加鎖成功就將當(dāng)前節(jié)點(diǎn)設(shè)置為頭節(jié)點(diǎn)，最后將當(dāng)前線程中斷，等待喚醒。

線程2進(jìn)來(lái)的時(shí)候，剛好線程2的前一個(gè)節(jié)點(diǎn)是頭節(jié)點(diǎn)，但是不巧的是調(diào)用tryAcquire方法，還是失敗，那么此時(shí)就會(huì)走shouldParkAfterFailedAcquire方法，這個(gè)方法是在線程休眠之前調(diào)用的，很重要，我們來(lái)看看干了什么事。

判斷當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的父級(jí)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)，如果父級(jí)狀態(tài)是-1，則代表當(dāng)前線程可以被喚醒了。如果父級(jí)的狀態(tài)為取消狀態(tài)（什么叫非取消狀態(tài)，就是tryLock方法等待了一些時(shí)間沒(méi)獲取到鎖的線程就處于取消狀態(tài)）就跳過(guò)父級(jí)，尋找下一個(gè)可以被喚醒的父級(jí)，然后綁定上節(jié)點(diǎn)關(guān)系，最后將父級(jí)的狀態(tài)更改為-1。也就說(shuō)，線程（Node）加入隊(duì)列之后，如果沒(méi)有獲取到鎖，在睡眠之前，會(huì)將當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的前一個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)置為非取消狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)，然后將前一個(gè)節(jié)點(diǎn)的waitStatus設(shè)置為-1，代表前一個(gè)節(jié)點(diǎn)在釋放鎖的時(shí)候需要喚醒下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。這一步驟主要是防止當(dāng)前休眠的線程無(wú)法被喚醒。這一切設(shè)置成功之后，就會(huì)返回true。

接下來(lái)就會(huì)調(diào)用parkAndCheckInterrupt

，這個(gè)方法內(nèi)部調(diào)用LockSupport.park方法，此時(shí)當(dāng)前線程就會(huì)休眠。

到這一步線程2由于沒(méi)有獲取到鎖，就會(huì)在這里休眠等待被喚醒。

來(lái)總結(jié)一下加鎖的過(guò)程。

線程1先過(guò)來(lái)，發(fā)現(xiàn)沒(méi)人加鎖，那么此時(shí)就會(huì)加上鎖。此時(shí)線程2過(guò)來(lái)，在線程2加鎖的過(guò)程中，線程1始終沒(méi)有釋放鎖，那么線程2就不會(huì)加鎖成功（如果在線程2加鎖的過(guò)程中線程1始終釋放鎖，那么線程2就會(huì)加鎖成功），線程2沒(méi)有加鎖成功，就會(huì)將自己當(dāng)前線程加入等待隊(duì)列中(如果沒(méi)有隊(duì)列就先初始化一個(gè))，然后設(shè)置前一個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)，最后通過(guò)LockSupport.park方法，將自己這個(gè)線程休眠。

如果后面還有線程3，線程4等等諸多的先過(guò)來(lái)，那么這些線程都會(huì)按照前面線程2的步驟，將自己插入鏈表后面再休眠。

釋放鎖

ok，說(shuō)完加鎖的過(guò)程之后，我們來(lái)看看釋放鎖干了什么。

ReentrantLock的unlock其實(shí)是調(diào)用AQS的release方法，我們直接進(jìn)入release方法，看看是如何實(shí)現(xiàn)的

進(jìn)入tryRelease方法，看一下Sync的實(shí)現(xiàn)

其實(shí)很簡(jiǎn)單，就是判斷鎖的狀態(tài)，也就是加了幾次鎖，然后減去釋放的，最后判斷釋放之后，鎖的狀態(tài)是不是0（因?yàn)榭赡芫€程加了多次鎖，所以得判斷一下），是的話說(shuō)明當(dāng)前這個(gè)鎖已經(jīng)釋放完了，然后將占有鎖的線程設(shè)置為null，然后返回true，

然后就會(huì)走接下來(lái)的代碼。

就是判斷當(dāng)前鏈表頭節(jié)點(diǎn)是不是需要喚醒隊(duì)列中的線程。如果有鏈表的話，頭結(jié)點(diǎn)的waitStatus肯定不是0，因?yàn)榫€程休眠之前，會(huì)將前一個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)設(shè)置為-1，上面加鎖的過(guò)程中有提到過(guò)。

接下來(lái)就會(huì)走unparkSuccessor方法，successor代表繼承者的意思，見(jiàn)名知意，這個(gè)方法其實(shí)就會(huì)喚醒當(dāng)前線程中離頭節(jié)點(diǎn)最近的沒(méi)有狀態(tài)為非取消的線程。然后調(diào)用LockSupport.unpark，喚醒等待的線

然后線程就會(huì)從阻塞的那里蘇醒過(guò)來(lái)，繼續(xù)嘗試獲取鎖。

我再次貼出這段代碼。

獲取到鎖之后，就將頭節(jié)點(diǎn)設(shè)置成自己。

對(duì)應(yīng)我們的例子，就是線程1釋放鎖之后，就會(huì)喚醒在隊(duì)列中線程2，先成2獲取到鎖之后，就會(huì)將自己前一個(gè)節(jié)點(diǎn)（也就是頭節(jié)點(diǎn)）從鏈表中移除，將自己設(shè)置成頭節(jié)點(diǎn)。該方法就會(huì)跳出死循環(huán)。

到這里，釋放鎖的過(guò)程就講完了，其實(shí)很簡(jiǎn)單，就是當(dāng)線程完完全全釋放了鎖，會(huì)喚醒當(dāng)前鏈表中的沒(méi)有取消的，離頭結(jié)點(diǎn)最近的節(jié)點(diǎn)(一般就是鏈表中的第二個(gè)節(jié)點(diǎn))，然后被喚醒的節(jié)點(diǎn)就會(huì)獲取到鎖，將頭節(jié)點(diǎn)設(shè)置為自己。

總結(jié)

相信看完這篇文章，大家對(duì)AQS的底層有了更深層次的了解。AQS其實(shí)就是內(nèi)部維護(hù)一個(gè)鎖的狀態(tài)變量state和一個(gè)雙向鏈表，加鎖成功就將state的值加1，加鎖失敗就將自己當(dāng)前線程放入鏈表的尾部，然后休眠，等待其他線程完完全全釋放鎖之后將自己?jiǎn)拘?，喚醒之后?huì)嘗試加鎖，加鎖成功就會(huì)執(zhí)行業(yè)務(wù)代碼了。

到此這篇關(guān)于教你Java中的Lock鎖底層AQS到底是如何實(shí)現(xiàn)的的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java Lock鎖AQS實(shí)現(xiàn)內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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