Java并发编程之AQS

• tryAcquire(int arg)
• acquire(int arg)
• tryRelease(int arg)
• release(int arg)

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1. AQS 内部状态 state

• state 变量：
  AQS 内部通过一个 volatile int state 来记录当前同步状态。

  • 对于简单的非重入锁，通常 state 为 0 表示锁处于空闲状态，为 1 表示锁被占用。
  • 对于重入锁，state 可以累加，用来记录同一线程重入的次数。

• CAS 操作：
  AQS 使用CAS操作来原子性地修改 state，从而保证并发场景下状态更新的安全性。

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2. tryAcquire(int arg)

• 作用：

  • 在这个方法中，会根据当前 state 的值判断能否获得锁。
  • 如果 state 为 0（锁空闲），则尝试通过 CAS 操作将 state 更新为非 0（例如 1 或者 arg 表示的值），同时记录当前线程为锁的持有者。
  • 如果是重入场景，并且当前线程已经持有锁，则可以让 state 累加，允许重入。

• 示例代码（非重入锁）：

  protected boolean tryAcquire(int acquires) {
      // 如果 state 为 0，尝试获取锁
      if (compareAndSetState(0, acquires)) {
          // 设置当前线程为独占线程
          setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
          return true;
      }
      return false;
  }
  

  在这个过程中，compareAndSetState(0, acquires) 就是对 state 的显式设置，它保证只有一个线程能成功更新 state，从而获得锁。

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3. acquire(int arg)

• 作用：

  • 当线程调用 acquire(arg) 时，AQS 会先调用 tryAcquire(arg)。
  • 如果 tryAcquire(arg) 返回 true，说明锁已成功获取；
  • 否则，线程会被加入到 AQS 内部的 FIFO 队列中，进入等待状态，直到获取锁。

• 工作流程：

  1. 调用 tryAcquire(arg) 尝试获取锁。
  2. 如果失败，调用 addWaiter(Node.EXCLUSIVE) 将线程包装成节点添加到等待队列。
  3. 进入自旋或阻塞状态，等待前驱节点释放锁并唤醒自己，最终再次尝试获取锁。

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4. tryRelease(int arg)

• 作用：

  • 它会根据当前 state 的值来判断是否能释放锁。
  • 对于重入锁，通常是将 state 减少 arg，当 state 减少到 0 时，表示完全释放锁，并清除当前线程的持有标记。

• 示例代码（非重入锁）：

  protected boolean tryRelease(int releases) {
      // 对于非重入锁，直接判断 state 是否为 0
      if (getState() == 0) {
          throw new IllegalMonitorStateException();
      }
      // 释放锁，将 state 设为 0，并清除当前持有线程
      setExclusiveOwnerThread(null);
      setState(0);
      return true;
  }
  

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5. release(int arg)

• 作用：

  • 它内部会调用开发者实现的 tryRelease(arg)。
  • 如果 tryRelease(arg) 返回 true，表示锁完全释放，那么 AQS 会唤醒等待队列中的下一个线程。

• 工作流程：

  1. 调用 tryRelease(arg) 尝试释放锁。
  2. 如果返回 true，说明锁释放成功，接下来调用 unparkSuccessor(Node node) 来唤醒等待队列中的后继节点，从而使其他等待线程有机会重新竞争锁。