AQS和ReentrantLock的关系

最新推荐文章于 2025-02-17 22:23:43 发布

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分类专栏：多线程文章标签：队列多线程 java 并发编程

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ReentrantLock主要由li大师编写的可重入锁，可以说当时是为了替代synchronized而诞生的，因为synchronized当时是一个重量级锁，消耗性能，可能造成性能的急剧降低，随着后来synchronized的不断的优化，性能逐渐超过ReentrantLock，而ReentrantLock，ReentrantReadWriteLock等锁底层都是基于AQS来实现的。
在这里插入图片描述 lock.unlock() 需要写在finally块中。
synchronized是可以作用与方法，类和代码块，是一个自动加锁和释放锁的。
我们来看上面的图。说白了，ReentrantLock内部包含了一个AQS对象，也就是AbstractQueuedSynchronizer类型的对象。这个AQS对象就是ReentrantLock可以实现加锁和释放锁的关键性的核心组件。

🐖ReentrantLock加锁和释放锁的底层原理
好了，那么现在如果有一个线程过来尝试用ReentrantLock的lock()方法进行加锁，会发生什么事情呢?
很简单，这个AQS对象内部有一个核心的变量叫做state，是int类型的，代表了加锁的状态。初始状态下，这个state的值是0。另外，这个AQS内部还有一个关键变量，用来记录当前加锁的是哪个线程，初始化状态下，这个变量是null。
在这里插入图片描述
接着线程1跑过来调用ReentrantLock的lock()方法尝试进行加锁，这个加锁的过程，直接就是用CAS操作将state值从0变为1。
如果之前没人加过锁，那么state的值肯定是0，此时线程1就可以加锁成功。
一旦线程1加锁成功了之后，就可以设置当前加锁线程是自己。所以大家看下面的图，就是线程1跑过来加锁的一个过程。
在这里插入图片描述
其实看到这儿，大家应该对所谓的AQS有感觉了。说白了，就是并发包里的一个核心组件，里面有state变星、加锁线程变量等核心的东西，维护了加锁状态。

你会发现，ReentrantLock这种东西只是一个外层的API，内核中的锁机制实现都是依赖AQs组件的。这个ReentrantLock之所以用Reentrant打头，意思就是他是一个可重入锁。

可重入锁的意思，就是你可以对一个ReentrantLock对象多次执行lock)加锁和unlock()释放锁，也就是可以对一个锁加多次，叫做可重入加锁。

大家看明白了那个state变量之后，就知道了如何进行可重入加锁!

其实每次线程1可重入加锁一次，会判断一下当前加锁线程就是自己，那么他自己就可以可重入多次加锁，每次加锁就是把state的值给累加1，别的没啥变化。

接着，如果线程1加锁了之后，线程2跑过来加锁会怎么样呢?

我们来看看锁的互斥是如何实现的?线程2跑过来一下看到，哎呀! state的值不是O啊?所以CAS操作将state从0变为1的过程会失败，因为state的值当前为1，说明已经有人加锁了!

接着线程2会看一下，是不是自己之前加的锁啊?当然不是了，“加锁线程"这个变量明确记录了是线程1占用了这个锁，所以线程2此时就是加锁失败。

给大家来一张图，一起来感受—下这个过程:
在这里插入图片描述接着，线程2会将自己放入AQS中的一个等待队列，因为自己尝试加锁失败了，此时就要将自己放入队列中来等待，等待线程1释放锁之后，自己就可以重新尝试加锁了

所以大家可以看到，AQS是如此的核心!AQS内部还有一个等待队列，专门放那些加锁失败的线程!同样，给大家来一张图，一起感受—下:

在这里插入图片描述接着，线程1在执行完自己的业务逻辑代码之后，就会释放锁!他释放锁的过程非常的简单，就是将AQS内的state变量的值递减1，如果state值为0，则彻底释放锁，会将“加锁线程"变量也设置为null!

如图整个过程
在这里插入图片描述接下来，会从等待队列的队头唤醒线程2重新尝试加锁。

好!线程2现在就重新尝试加锁，这时还是用CAS操作将state从0变为1，此时就会成功，成功之后代表加锁成功，就会将state设置为1。

此外，还要把"加锁线程"设置为线程2自己，同时线程2自己就从等待队列中出队了。最后再来—张图，大家来看看这个过程。
在这里插入图片描述
总而言之，其实一句话总结AQS就是一个并发包的基础组件，用来实现各种锁，各种同步组件的。它包含了state变量、加锁线程、等待队列等并发中的核心组件。

AQS 使用了模板方法模式，自定义同步器时需要重写下面几个 AQS 提供的模板方法：
在这里插入图片描述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 已经在上层已经帮我们实现好了。ReentrantLock ，Semaphore、CountDownLatCh、 CyclicBarrier、ReadWriteLock ，ReentrantReadWriteLock 等都是以AQS为基础实现的。

---- 以 ReentrantLock 为例，state 初始化为 0，表示未锁定状态。A 线程 lock()时，会调用 tryAcquire()独占该锁并将 state+1。此后，其他线程再 tryAcquire()时就会失败，直到 A 线程 unlock()到 state=0（即释放锁）为止，其它线程才有机会获取该锁。当然，释放锁之前，A 线程自己是可以重复获取此锁的（state 会累加），这就是可重入的概念。但要注意，获取多少次就要释放多么次，这样才能保证 state 是能回到零态的。

----再以 CountDownLatch 以例，任务分为 N 个子线程去执行，state 也初始化为 N（注意 N 要与线程个数一致）。这 N 个子线程是并行执行的，每个子线程执行完后 countDown()一次，state 会 CAS(Compare and Swap)减 1。等到所有子线程都执行完后(即 state=0)，会 unpark()主调用线程，然后主调用线程就会从 await()函数返回，继续后余动作。

----一般来说，自定义同步器要么是独占方法，要么是共享方式，他们也只需实现tryAcquire-tryRelease、tryAcquireShared-tryReleaseShared中的一种即可。但 AQS 也支持自定义同步器同时实现独占和共享两种方式，如ReentrantReadWriteLock。