死磕 java同步系列之AQS終篇（面試）

問題

（1）AQS的定位？

（2）AQS的重要組成部分？

（3）AQS運用的設計模式？

（4）AQS的總體流程？

簡介

AQS的全稱是AbstractQueuedSynchronizer，它的定位是為Java中幾乎所有的鎖和同步器提供一個基礎框架。

在之前的章節中，我們一起學習了ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock、Semaphore、CountDownLatch的原始碼，今天我們一起來對AQS做個總結。

狀態變數state

AQS中定義了一個狀態變數state，它有以下兩種使用方法：

（1）互斥鎖

當AQS只實現為互斥鎖的時候，每次只要原子更新state的值從0變為1成功了就獲取了鎖，可重入是通過不斷把state原子更新加1實現的。

（2）互斥鎖 + 共享鎖

當AQS需要同時實現為互斥鎖+共享鎖的時候，低16位儲存互斥鎖的狀態，高16位儲存共享鎖的狀態，主要用於實現讀寫鎖。

互斥鎖是一種獨佔鎖，每次只允許一個執行緒獨佔，且當一個執行緒獨佔時，其它執行緒將無法再獲取互斥鎖及共享鎖，但是它自己可以獲取共享鎖。

共享鎖同時允許多個執行緒佔有，只要有一個執行緒佔有了共享鎖，所有執行緒（包括自己）都將無法再獲取互斥鎖，但是可以獲取共享鎖。

AQS佇列

AQS中維護了一個佇列，獲取鎖失敗（非tryLock()）的執行緒都將進入這個佇列中排隊，等待鎖釋放後喚醒下一個排隊的執行緒（互斥鎖模式下）。

Condition佇列

AQS中還有另一個非常重要的內部類ConditionObject，它實現了Condition介面，主要用於實現條件鎖。

ConditionObject中也維護了一個佇列，這個佇列主要用於等待條件的成立，當條件成立時，其它執行緒將signal這個佇列中的元素，將其移動到AQS的佇列中，等待佔有鎖的執行緒釋放鎖後被喚醒。

Condition典型的運用場景是在BlockingQueue中的實現，當佇列為空時，獲取元素的執行緒阻塞在notEmpty條件上，一旦佇列中新增了一個元素，將通知notEmpty條件，將其佇列中的元素移動到AQS佇列中等待被喚醒。

模板方法

AQS這個抽象類把模板方法設計模式運用地爐火純青，它裡面定義了一系列的模板方法，比如下面這些：

// 獲取互斥鎖
public final void acquire(int arg) {
    // tryAcquire(arg)需要子類實現
    if (!tryAcquire(arg) &&
        acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
        selfInterrupt();
}
// 獲取互斥鎖可中斷
public final void acquireInterruptibly(int arg)
        throws InterruptedException {
    if (Thread.interrupted())
        throw new InterruptedException();
    // tryAcquire(arg)需要子類實現
    if (!tryAcquire(arg))
        doAcquireInterruptibly(arg);
}    
// 獲取共享鎖
public final void acquireShared(int arg) {
    // tryAcquireShared(arg)需要子類實現
    if (tryAcquireShared(arg) < 0)
     doAcquireShared(arg);
}
// 獲取共享鎖可中斷
public final void acquireSharedInterruptibly(int arg)
        throws InterruptedException {
    if (Thread.interrupted())
        throw new InterruptedException();
    // tryAcquireShared(arg)需要子類實現
    if (tryAcquireShared(arg) < 0)
        doAcquireSharedInterruptibly(arg);
}
// 釋放互斥鎖
public final boolean release(int arg) {
    // tryRelease(arg)需要子類實現
    if (tryRelease(arg)) {
        Node h = head;
        if (h != null && h.waitStatus != 0)
            unparkSuccessor(h);
        return true;
    }
    return false;
}
// 釋放共享鎖
public final boolean releaseShared(int arg) {
    // tryReleaseShared(arg)需要子類實現
    if (tryReleaseShared(arg)) {
        doReleaseShared();
        return true;
    }
    return false;
}
複製程式碼

獲取鎖、釋放鎖的這些方法基本上都穿插在ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock、Semaphore、CountDownLatch的原始碼解析中了，現在看他們是不是舒服多了，如果一開始就看這些原始碼，難免會很暈。

需要子類實現的方法

上面一起學習了AQS中幾個重要的模板方法，下面我們再一起學習下幾個需要子類實現的方法：

// 互斥模式下使用：嘗試獲取鎖
protected boolean tryAcquire(int arg) {
    throw new UnsupportedOperationException();
}
// 互斥模式下使用：嘗試釋放鎖
protected boolean tryRelease(int arg) {
    throw new UnsupportedOperationException();
}
// 共享模式下使用：嘗試獲取鎖
protected int tryAcquireShared(int arg) {
    throw new UnsupportedOperationException();
}
// 共享模式下使用：嘗試釋放鎖
protected boolean tryReleaseShared(int arg) {
    throw new UnsupportedOperationException();
}
// 如果當前執行緒獨佔著鎖，返回true
protected boolean isHeldExclusively() {
    throw new UnsupportedOperationException();
}
複製程式碼

這幾個方法為什麼不直接定義成抽象方法呢？

因為子類只要實現這幾個方法中的一部分就可以實現一個同步器了，所以不需要定義成抽象方法。

總結

今天我們大概講了下AQS中幾個重要的組成部分，搞明白了這幾個結構，AQS對你將沒有任何祕密可言，當然面試的時候能把這幾個點答清楚，面試官也會眼前一亮的。

（1）狀態變數state；

（2）AQS佇列；

（3）Condition佇列；

（4）模板方法；

（5）需要子類實現的方法；

彩蛋

經過前面的學習，您能簡要描述一下AQS獲取互斥鎖的大體流程嗎？

這裡彤哥就不作答了，相信學習完前面的內容，答這道題不是個問題了，答不上來的還需要把下面的推薦閱讀好好多看幾遍^^