多线程系列(十八) -AQS原理浅析

一、摘要

在之前的文章中，我们介绍了 ReentrantLock、ReadWriteLock、CountDownLatch、CyclicBarrier、Semaphore、ThreadPoolExecutor 等并发工具类的使用方式，它们在请求共享资源的时候，都能实现线程同步的效果。

在使用方式上稍有不同，有的是独占式，多个线程竞争时只有一个线程能执行方法，比如 ReentrantLock 等；有的是共享式，多个线程可以同时执行方法，比如：ReadWriteLock、CountDownLatch、Semaphore 等，不同的实现争用共享资源的方式也不同。

如果仔细阅读源码，会发现它们都是基于AbstractQueuedSynchronizer这个抽象类实现的，我们简称 AQS。

AQS 是一个提供了原子式管理同步状态、阻塞和唤醒线程功能的框架，是除了 Java 自带的synchronized关键字之外的锁实现机制。

可以这么说，AQS是JUC包下线程同步类的基石，也是很多面试官喜欢提问的话题，掌握AQS原理对我们深入理解线程同步技术有着非常重要的意义。

本文以ReentrantLock作为切入点，来解读AQS相关的知识点，最后配上简单的应用示例来帮助大家理解 AQS，如果有描述不对的地方，欢迎大家留言指出，不胜感激！

二、ReentrantLock

在之前的线程系列文章中，我们介绍了ReentrantLock的基本用法，它是一个可重入的互斥锁，它具有与使用synchronized关键字一样的效果，并且功能更加强大，编程更加灵活，支持公平锁和非公平锁两种模式。

使用方式也非常简单，只需要在相应的代码上调用加锁和释放锁方法即可，简单示例如下！

java 复制代码

public class Counter {

    // 默认非公平锁模式
    private final Lock lock = new ReentrantLock();

    public void add() {
        // 加锁
        lock.lock();
        try {
            // 具体业务逻辑...
        } finally {
            // 释放锁
            lock.unlock();
        }
    }
}

如果阅读lock()和unlock()方法，会发现它的底层都是由AQS来实现的。

下面，我们一起来看看这两个方法的源码实现，本文源码内容摘取自 JDK 1.8 版本，可能不同的版本略有区别！

2.1、lock 方法源码

java 复制代码

public class ReentrantLock implements Lock, java.io.Serializable {
    
    // 同步锁实现类
    private final Sync sync;

    public ReentrantLock() {
        // 默认构造方法为非公平锁实现类
        sync = new NonfairSync();
    }

    public ReentrantLock(boolean fair) {
        // true：公平锁实现类，false：非公平锁实现类
        sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
    }

    public void lock() {
        // 加锁操作
        sync.lock();
    }

    // 非公平锁实现类
    static final class NonfairSync extends Sync {

         // 加锁操作
        final void lock() {
            if (compareAndSetState(0, 1))
                setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
            else
                acquire(1);
        }
    }

    // 公平锁实现类
    static final class FairSync extends Sync {

        // 加锁操作
        final void lock() {
            acquire(1);
        }
    }

    // 公平锁和非公平锁，都继承自 AQS
    abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {

        // lock 抽象方法
        abstract void lock();
    }
}

从源码上可以清晰的看到，当初始化ReentrantLock对象时，需要指定锁的模式。

默认构造方法是非公平锁模式 ，采用的是NonfairSync内部实现类；公平锁模式下，则采用的是FairSync内部实现类；这两个内部实现类都继承了Sync抽象类；同时，Sync也继承了AbstractQueuedSynchronizer，也就是我们上文提到的AQS。

如果把lock()方法的请求链路进行抽象，可以用如下图进行简要概括。

无论是非公平锁模式还是公平锁模式，可能最终都会调用AQS的acquire()方法，它表示通过独占式的方式加锁，我们继续往下看这个方法的源码，部分核心代码如下：

java 复制代码

public abstract class AbstractQueuedSynchronizer extends AbstractOwnableSynchronizer implements java.io.Serializable {

    // 通过独占式的方式加锁
    public final void acquire(int arg) {
        // 尝试加锁，会回调具体的实现类
        if (!tryAcquire(arg) &&
            // 如果尝试加锁失败，将当前线程加入等待队列
            acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
            selfInterrupt();
    }

    // 由子类完成加锁逻辑的实现，支持重写该方法
    protected boolean tryAcquire(int arg) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
}

从AQS的源码上可以看出，acquire()方法并不进行具体加锁逻辑的实现，而是通过具体的实现类重写tryAcquire()方法来完成加锁操作，如果加锁失败，会将当前线程加入等待队列。

如果是非公平锁模式，会回调ReentrantLock类的NonfairSync.tryAcquire()方法；如果是公平锁模式，会回调ReentrantLock类的FairSync.tryAcquire()方法，我们继续回看ReentrantLock类的源码。

非公平锁NonfairSync静态内部实现类，相关的源码如下！

java 复制代码

// 非公平锁实现类
static final class NonfairSync extends Sync {

     // 加锁操作
    final void lock() {
        if (compareAndSetState(0, 1))
            setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
        else
            acquire(1);
    }

    // 尝试非公平方式加锁，重写父类 tryAcquire 方法
    protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
        final Thread current = Thread.currentThread();
        int c = getState();
        if (c == 0) {
            // 采用CAS方式修改线程同步状态，如果成功返回true
            if (compareAndSetState(0, acquires)) {
                setExclusiveOwnerThread(current);
                return true;
            }
        }
        else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
            // 支持当前线程，重复获得锁，将state值加1
            int nextc = c + acquires;
            if (nextc < 0)
                throw new Error("Maximum lock count exceeded");
            setState(nextc);
            return true;
        }
        return false;
    }

}

公平锁FairSync静态内部实现类，相关的源码如下！

java 复制代码

// 公平锁实现类
static final class FairSync extends Sync {

    // 加锁操作
    final void lock() {
        acquire(1);
    }

    // 尝试公平方式加锁，重写父类 tryAcquire 方法
    protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
        final Thread current = Thread.currentThread();
        int c = getState();
        if (c == 0) {
            // 1）判断等待队列是否有线程处于等待状态，如果没有，尝试获取锁；如果有，就进入等待队列
            // 2）采用CAS方式修改线程同步状态，如果成功返回true
            if (!hasQueuedPredecessors() &&
                compareAndSetState(0, acquires)) {
                setExclusiveOwnerThread(current);
                return true;
            }
        }
        else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
            // 支持当前线程，重复获得锁，将state值加1
            int nextc = c + acquires;
            if (nextc < 0)
                throw new Error("Maximum lock count exceeded");
            setState(nextc);
            return true;
        }
        return false;
    }
}

从源码上可以清晰的看到，无论是是公平锁还是非公平锁模式，都是采用compareAndSetState()方法（简称CAS）进行加锁，如果成功就返回true；同时支持当前线程重复获得锁，也就是之前提到的锁可重入机制。

唯一的区别在于：公平锁实现类多了一个hasQueuedPredecessors()方法判断，它的用途是判断等待队列是否有线程处于等待状态，如果没有，尝试获取锁；如果有，就将当前线程存入等待队列，依此排队，从而保证线程通过公平方式获取锁的目的。

关于 CAS 实现原理，在之前的并发原子类文章中已经有所介绍，通过它加上volatile修饰符可以实现一个无锁的线程安全访问操作，本文不再重复解读，有兴趣的朋友可以翻阅之前的文章。

2.2、unlock 方法源码

java 复制代码

public class ReentrantLock implements Lock, java.io.Serializable {

    // 同步锁实现类
    private final Sync sync;

    public void unlock() {
        // 释放锁操作
        sync.release(1);
    }
}

unlock()方法的释放锁实现相对来说就简单多了，整个请求链路可以用如下图进行简要概括。

当调用unlock()方法时，会直接跳转到AQS的release()方法上，AQS相关的源码如下！

java 复制代码

public abstract class AbstractQueuedSynchronizer extends AbstractOwnableSynchronizer implements java.io.Serializable {

    // 释放锁操作
    public final boolean release(int arg) {
        // 尝试释放锁
        if (tryRelease(arg)) {
            // 从队列头部中获取一个等待线程，并进行唤醒操作
            Node h = head;
            if (h != null && h.waitStatus != 0)
                unparkSuccessor(h);
            return true;
        }
        return false;
    }

    // 由子类完成释放锁逻辑的实现，支持重写该方法
    protected boolean tryRelease(int arg) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
}

与加锁操作类似，AQS的release()方法并不进行具体释放锁逻辑的实现，而是通过具体的实现类重写tryRelease()方法来完成释放锁操作，如果释放锁成功，会从队列头部中获取一个等待线程，并进行唤醒操作。

我们继续回看ReentrantLock类的Sync.tryRelease()释放锁方法，部分核心源码如下：

java 复制代码

abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {

    // 尝试释放锁
    protected final boolean tryRelease(int releases) {
        // 将state值进行减1操作
        int c = getState() - releases;
        if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
            throw new IllegalMonitorStateException();
        boolean free = false;
        if (c == 0) {
            free = true;
            setExclusiveOwnerThread(null);
        }
        setState(c);
        return free;
    }
}

相比加锁过程，释放锁要简单的多，主要是将线程的同步状态值进行自减操作。

三、AQS 原理浅析

如果仔细的研究 AQS 的源码，尽管实现上很复杂，但是也有规律可循。

从上到下，整个框架可以分为五层，架构可以用如下图来描述！（图片来自ReentrantLock 的实现看 AQS 的原理及应用 - 美团技术团队）

当有自定义线程同步器接入AQS时，只需要按需重写第一层的方法即可，不需要关心底层的实现。

以加锁为例，当调用AQS的 API 层获取锁方法时，会先尝试进行加锁操作（具体逻辑由实现类完成），如果加锁失败，会进入等待队列处理环节，这些处理逻辑同时也依赖最底层的基础数据提供层来完成。

3.1、原理概述

整个AQS实现线程同步的核心思想，可以用如下这段话来描述！

AQS 内部维护一个共享资源变量和线程等待队列，如果被请求的共享资源空闲，那么就将当前请求资源的线程设置为有效的工作线程，将共享资源设置为锁定状态；如果共享资源被占用，就需要一定的阻塞等待唤醒机制来保证锁分配。这个机制主要用的是 CLH 队列的变体实现的，将暂时获取不到锁的线程加入到等待队列中，待条件允许的时候将线程从队列中取出并进行唤醒。

CLH 队列是一个单向链表队列，对应的还有 CLH 锁实现，它是一个基于逻辑队列非线程饥饿的一种自旋公平锁实现，由 Craig、Landin 和 Hagersten 三位大佬发明，因此命名为 CLH 锁。关于这方面的技术知识讲解可以参阅这篇文章：多图详解 CLH 锁的原理与实现。

而AQS中的队列采用的是 CLH 变体的虚拟双向队列，通过将每一条请求共享资源的线程封装成一个 CLH 队列的一个节点来实现锁的分配。

具体实现原理，可以用如下图来简单概括：

同时，AQS中维护了一个共享资源变量state，通过它来实现线程的同步状态控制，这个字段使用了volatile关键字修饰符来保证多线程下的可见性。

当多个线程尝试获取锁时，会通过CAS方式来修改state值，当state=1时表示当前对象锁已经被占有（相对独占模式来说），此时其他线程来加锁时会失败，加锁失败的线程会被放入上文说到的FIFO等待队列中，并且线程会被挂起，等待其他获取锁的线程释放锁才能够被唤醒。

总结下来，用大白话说就是，AQS是基于 CLH 队列，使用volatile修饰共享变量state，线程通过CAS方式去改变state状态值，如果成功则获取锁成功，失败则进入等待队列，等待被唤醒的线程同步器框架。

打开 ReentrantLock、ReadWriteLock、CountDownLatch、CyclicBarrier、Semaphore 等类的源码实现，你会发现它们的线程同步状态都是基于AQS实现的，可以看成是AQS的衍生物。

下面我们一起来看看相关的源码实现！

3.2、源码浅析

3.2.1、线程同步状态控制

AQS源码中维护的共享资源变量state，表示同步状态的意思，它是实现线程同步控制的关键字段，核心源码如下：

/**
 * The synchronization state.
 */
private volatile int state;

针对state字段值的获取和修改，AQS提供了三个方法，并且都采用Final修饰，意味着子类无法重写它们，相关方法如下：

方法	描述
protected final int getState()	获取`state`的值
protected final void setState(int newState)	设置`state`的值
protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update)	使用 CAS 方式更新`state`

如果仔细分析源码，state字段还有一个很大的用处，通过它可以实现多线程的独占模式和共享模式。

以ReentrantLock和Semaphore类为例，它们的加锁过程中state值的变化情况如下。

3.2.1.1、ReentrantLock 独占模式的获取锁，简易流程图如下：

ReentrantLock类部分核心源码，实现逻辑如下：

java 复制代码

public class ReentrantLock implements Lock, java.io.Serializable {

    // 非公平锁实现类
    static final class NonfairSync extends Sync {
        private static final long serialVersionUID = 7316153563782823691L;

        // 加锁操作
        final void lock() {
            // 将state从0设置为1，如果成功，直接获取当前共享资源
            if (compareAndSetState(0, 1))
                setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
            else
                // 尝试加锁，会转调tryAcquire方法
                acquire(1);
        }

        protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
            final Thread current = Thread.currentThread();
            int c = getState();
            // 判断state是否等于0
            if (c == 0) {
                // 尝试state从0设置为1，如果成功，返回true
                if (compareAndSetState(0, acquires)) {
                    setExclusiveOwnerThread(current);
                    return true;
                }
            }
            else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
                // 支持当前线程可重入，每调用一次，state的值加1
                int nextc = c + acquires;
                if (nextc < 0)
                    throw new Error("Maximum lock count exceeded");
                setState(nextc);
                return true;
            }
            return false;
        }
    }
}

3.2.1.2、Semaphore 共享模式的获取锁，简易流程图如下：

Semaphore类部分核心源码，实现逻辑如下：

java 复制代码

public class Semaphore implements java.io.Serializable {

    // 初始化的时候，设置线程最大并发数，本质设置的是state的值
    public Semaphore(int permits) {
        sync = new NonfairSync(permits);
    }

    // 非公平锁内部实现类
    static final class NonfairSync extends Sync {

        NonfairSync(int permits) {
            // 设置state的值
            setState(permits);
        }

        // 通过共享方式，尝试获取锁
        protected int tryAcquireShared(int acquires) {
            return nonfairTryAcquireShared(acquires);
        }
    }

    // 尝试获取共享资源，会调用Sync.nonfairTryAcquireShared方法
    public boolean tryAcquire() {
        // 如果state的值小于0，表示无可用共享资源
        return sync.nonfairTryAcquireShared(1) >= 0;
    }

    // 抽象同步类
    abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {

        // 通过共享方式，尝试获取锁
        final int nonfairTryAcquireShared(int acquires) {
            for (;;) {
                // 通过cas方式，设置state自减
                int available = getState();
                int remaining = available - acquires;
                if (remaining < 0 ||
                    compareAndSetState(available, remaining))
                    return remaining;
            }
        }
    }
}

3.2.2、公平锁和非公平锁实现

在上文的ReentrantLock源码分析过程中，对于公平锁和非公平锁实现，其实已经有所解读。

在AQS中所有的加锁逻辑是有具有的实现类来完成，以ReentrantLock类为例，它的加锁逻辑由两个实现类来完成，分别是非公平锁静态内部实现类NonfairSync和公平锁静态内部实现类FairSync。

如上文的源码介绍，这两个类的的加锁逻辑基本一致，唯一的区别在于：公平锁实现类加锁时，增加了一个hasQueuedPredecessors()方法判断，这个方法会判断等待队列是否有线程处于等待状态，如果没有，尝试获取锁；如果有，就进入等待队列。

简单的说就是，非公平锁实现类的加锁方式，如果有线程尝试获取锁，直接尝试通过CAS方式进行抢锁，如果抢成功了，就直接获取锁，没有抢成功就进入等待队列；而公平锁实现类的加锁方式，会判断等待队列是否有线程处于等待状态，如果有则不去抢锁，乖乖排到后面，如果没有则尝试抢锁。

相对来说，非公平锁会有更好的性能，因为它的吞吐量比较大。其次，非公平锁让获取锁的时间变得更加不确定，可能会导致在阻塞队列中的线程长期处于饥饿状态。

Semaphore类的公平锁和非公平锁实现也类似，拥有两个静态内部实现类，源码就不再解读了，有兴趣的朋友可以自行阅读。

3.2.3、主要模板方法

从ReentrantLock的源码实现中可以看出，AQS使用了模板方法设计模式 ，它不提供加锁和释放锁的具体逻辑实现，而是由实现类重写对应的方法来完成，这样的好处就是实现更加的灵活，不同的线程同步器可以自行继承AQS类，然后实现独属于自身的加锁和解锁功能。

常用的模板方法主要有以下几个：

方法	描述
protected boolean isHeldExclusively()	判断该线程是否正在独占资源。只有用到`Condition`才需要去实现它
protected boolean tryAcquire(int arg)	独占方式。尝试获取资源，`arg`为获取锁的次数，成功则返回`true`，失败则返回`false`
protected boolean tryRelease(int arg)	独占方式。尝试释放资源，`arg`为释放锁的次数，成功则返回`true`，失败则返回`false`
protected int tryAcquireShared(int arg)	共享方式。尝试获取资源，`arg`为获取锁的次数，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
protected boolean tryReleaseShared(int arg)	共享方式。尝试释放资源，`arg`为释放锁的次数，如果释放后允许唤醒后续等待结点返回`true`，否则返回`false`

通常自定义线程同步器，要么是独占模式，要么是共享模式。

如果是独占模式，重写tryAcquire()和tryRelease()方法即可，比如 ReentrantLock 类。

如果是共享模式，重写tryAcquireShared()和tryReleaseShared()方法即可，比如 Semaphore 类。

3.2.4、线程加入等待队列实现

当线程调用tryAcquire()方法获取锁失败之后，就会调用addWaiter()方法，将当前线程加入到等待队列中去。

addWaiter()方法，部分核心源码如下：

java 复制代码

public abstract class AbstractQueuedSynchronizer extends AbstractOwnableSynchronizer implements java.io.Serializable {

    // 将当前线程加入等待队列
    private Node addWaiter(Node mode) {
        // 以当前线程构造一个节点，尝试通过CAS方式插入到双向链表的队尾
        Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
        Node pred = tail;
        if (pred != null) {
            node.prev = pred;
            if (compareAndSetTail(pred, node)) {
                pred.next = node;
                return node;
            }
        }
        // 如果插入没有成功，则通过enq入队
        enq(node);
        return node;
    }

    // 通过enq入队
    private Node enq(final Node node) {
        // CAS 自旋方式，直到成功加入队尾
        for (;;) {
            Node t = tail;
            if (t == null) { 
                // 队列为空，创建一个空结点作为head结点，并将tail也指向它
                if (compareAndSetHead(new Node()))
                    tail = head;
            } else {
                node.prev = t;
                if (compareAndSetTail(t, node)) {
                    t.next = node;
                    return t;
                }
            }
        }
    }
}

我们再来看看Node类节点相关的属性，部分核心源码如下：

java 复制代码

static final class Node {

    // 当前节点在队列中的状态，状态值枚举含义如下：
    // 0:节点初始化时的状态
    // 1: 表示节点引用线程由于等待超时或被打断时的状态
    // -1: 表示当队列中加入后继节点被挂起时，其前驱节点会被设置为SIGNAL状态，表示该节点需要被唤醒
    // -2：当节点线程进入condition队列时的状态
    // -3：仅在释放共享锁releaseShared时对头节点使用
    volatile int waitStatus;

    // 前驱节点
    volatile Node prev;

    // 后继节点
    volatile Node next;

    //该节点的线程实例
    volatile Thread thread;

    // 指向下一个处于Condition状态的节点（用于条件队列）
    Node nextWaiter;

    //...
}

可以很清晰的看到，每个关键属性变量都加了volatile修饰符，确保多线程环境下可见。

正如上文所介绍的，Node其实是一个双向链表数据结构，大致的数据结构图如下！（图片来自ReentrantLock 的实现看 AQS 的原理及应用 - 美团技术团队）

其中第一个节点，也叫头节点，为虚节点，并不存储任何线程信息，只是占位用；真正有数据的是从第二个节点开始，当有线程需要加入等待队列时，会向队尾进行插入。

线程加入等待队列之后，会再次调用acquireQueued()方法，尝试进行获取锁，如果成功或者中断就退出，部分核心源码如下：

java 复制代码

final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
    // 标记是否成功拿到锁
    boolean failed = true;
    try {
        // 标记等待过程中是否中断过
        boolean interrupted = false;
        // 开始自旋，要么获取锁，要么中断
        for (;;) {
            // 获取当前节点的前驱节点
            final Node p = node.predecessor();
            // 如果p是头结点，说明当前节点在等待队列的头部，尝试获取锁（头结点是虚节点）
            if (p == head && tryAcquire(arg)) {
                // 获取锁成功，头指针移动到当前node
                setHead(node);
                p.next = null; // help GC
                failed = false;
                return interrupted;
            }
            // 如果p不是头节点或者是头节点但获取锁失败，判断当前节点是否要进入阻塞，如果满足要求，就通过park让线程进入阻塞状态，等待被唤醒
            if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                parkAndCheckInterrupt())
                interrupted = true;
        }
    } finally {
        if (failed)
            // 如果没有成功获取锁（比如超时或者被中断），那么取消节点在队列中的等待
            cancelAcquire(node);
    }
}

线程加入等待队列实现，总结下来，大致步骤如下：

1.调用addWaiter()方法，将当前线程封装成一个节点，尝试通过CAS方式插入到双向链表的队尾，如果没有成功，再通过自旋方式插入，直到成功为止
2.调用acquireQueued()方法，对在等待队列中排队的线程，尝试获取锁操作，如果失败，判断当前节点是否要进入阻塞，如果满足要求，就通过 LockSupport.park()方法让线程进入阻塞状态，并检查是否被中断，如果没有，等待被唤醒

3.2.5、线程从等待队列中被唤醒实现

当线程调用tryRelease()方法释放锁成功之后，会从等待队列的头部开始，获取排队的线程，并进行唤醒操作。

释放锁方法，部分核心源码如下：

java 复制代码

public final boolean release(int arg) {
    // 尝试释放锁
    if (tryRelease(arg)) {
        // 获取头部节点
        Node h = head;
        if (h != null && h.waitStatus != 0)
            // 尝试唤醒头部节点的下一个节点中的线程
            unparkSuccessor(h);
        return true;
    }
    return false;
}

其中unparkSuccessor()是执行唤醒线程的核心方法，部分核心源码如下：

java 复制代码

private void unparkSuccessor(Node node) {
    // 获取头结点 waitStatus
    int ws = node.waitStatus;
    // 置零当前线程所在的结点状态，允许失败
    if (ws < 0)
        compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);

    // 获取当前节点的下一个节点s
    Node s = node.next;
    // 如果下个节点是null或者被取消，就从队列尾部依此寻找节点
    if (s == null || s.waitStatus > 0) {
        s = null;
        // 从尾部节点开始向前找，找到队列中排在最前的有效节点
        for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)
            if (t.waitStatus <= 0)
                s = t;
    }
    // 将当前节点的下一个节点中的线程，进行唤醒操作
    if (s != null)
        LockSupport.unpark(s.thread);
}

线程从等待队列中被唤醒实现，总结下来，大致步骤如下：

1.当线程调用tryRelease()方法释放锁成功之后，会从等待队列获取排队的线程
2.如果队列的头节点的下一个节点有效，会尝试进行唤醒节点中的线程；如果为空或者被取消，就从队列尾部依此寻找节点，找到队列中排在最前的有效节点，并尝试进行唤醒操作

四、简单应用

了解完AQS基本原理之后，按照以上的知识点，我们可以自己实现一个不可重入的互斥锁线程同步类。

示例代码如下：

java 复制代码

public class MutexLock {

    // 自定义同步器
    private static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {

        // 判断是否锁定状态
        @Override
        protected boolean isHeldExclusively() {
            return getState() == 1;
        }

        // 尝试获取资源，立即返回。成功则返回true，否则false。
        @Override
        protected boolean tryAcquire(int acquires) {
            //state为0才设置为1，不支持重入！
            if (compareAndSetState(0, 1)) {
                //设置为当前线程独占资源
                setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
                return true;
            }
            return false;
        }

        // 尝试释放资源，立即返回。成功则为true，否则false。
        @Override
        protected boolean tryRelease(int releases) {
            // 判断资源是否已被释放
            if (getState() == 0)
                throw new IllegalMonitorStateException();
            setExclusiveOwnerThread(null);
            //释放资源，放弃占有状态
            setState(0);
            return true;
        }
    }

    // 真正同步类的实现都依赖继承于AQS的自定义同步器！
    private final Sync sync = new Sync();

    // 获取锁，会阻塞等待，直到成功才返回
    public void lock() {
        sync.acquire(1);
    }

    // 释放锁
    public void unlock() {
        sync.release(1);
    }
}

测试类如下：

java 复制代码

public class MutexLockTest {

    private static int count =0;

    private static MutexLock lock = new MutexLock();

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        final int threadNum = 10;
        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(threadNum);
        // 创建10个线程，同时对count进行1000相加操作
        for (int i = 0; i < threadNum; i++) {
            new Thread(new Runnable() {

                @Override
                public void run() {
                    // 加锁
                    lock.lock();
                    for (int j = 0; j < 1000; j++) {
                        count++;
                    }
                    // 释放锁
                    lock.unlock();
                    // 线程数减 1
                    latch.countDown();
                }
            }).start();
        }

        // 等待线程执行完毕
        latch.await();
        System.out.println("执行结果：" +  count);
    }
}

输出结果：

执行结果：10000

从日志输出结果可以清晰的看到，执行结果与预期值一致！

五、小结

本文从ReentrantLock源码分析到AQS原理解析，进行了一次知识内容的总结，从上文的分析中可以看出，AQS是JUC包下线程同步器实现的基石。

ReentrantLock、ReadWriteLock、CountDownLatch、CyclicBarrier、Semaphore、ThreadPoolExecutor 等并发工具类，线程同步的实现都基于AQS来完成，掌握AQS原理对线程同步的理解和使用至关重要。

AQS原理是面试时热点话题，希望本篇能帮助到大家！

六、参考

1.https://www.cnblogs.com/waterystone/p/4920797.html

2.https://tech.meituan.com/2019/12/05/aqs-theory-and-apply.html

3.https://zhuanlan.zhihu.com/p/197840259

4.https://juejin.cn/post/7006895386103119908