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java多线程编程的核心——AQS独占模式原理解析

Java多线程编程

AQS是什么#Java# concurrent包中有很多阻塞类如：ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock、CountDownLatch、Semaphore、Synchronous、FutureTask等 ， 他们的底层都是根据aqs构建的 ， 它可以说是JAVA多线程编程最底层核心的抽象类 。既然这么重要 ， 我们就来看看它底层原理到底是什么 。
aqs全称AbstractQueuedSynchronizer ， 它作为抽象类无法单独使用 ， 需要有具体实现 ， 不同的实现中自己定义什么状态意味着获取或者被释放
AQS的原理是什么AQS内部维护一个先进先出（FIFO）的等待队列叫做CLH队列 ， 当一个线程来请求资源时 ， AQS通过状态判断是否能获取资源 ， 如果不能获取 ， 则挂起这个线程 ， 和状态一起封装成一个Node节点放在队尾 ， 等待前面的线程释放资源好唤醒自己 ， 所以谁先请求的谁最先获得机会唤醒,当然新线程可能加塞提前获取资源 ， 在源码解析可以看到原因

java多线程编程的核心——AQS独占模式原理解析

文章插图
 
aqs.jpg
AQS分独占和共享两种方式 ， 独占模式 ， 只有一个线程可以获得锁 ， 比如ReentrantLock ， 共享模式下可以允许多个线程同时获取锁 ， 比如CountDownLatch使用的就是共享方式 ， 
源码解析AQS的子类需要实现的方法
//独占方式获取资源protected boolean tryAcquire(int arg) {throw new UnsupportedOperationException();}//独占释放资源protected boolean tryRelease(int arg) {throw new UnsupportedOperationException();}//共享获取资源protected int tryAcquireShared(int arg) {throw new UnsupportedOperationException();}//共享释放资源protected boolean tryReleaseShared(int arg) {throw new UnsupportedOperationException();}//是否独占protected boolean isHeldExclusively() {throw new UnsupportedOperationException();}可以看到 ， 子类调用这些方法如果没有实现的话会抛异常 ， 当然也不是所有方法都要实现 ， 找自己需要的实现就可以了 。
为了更好的理解先实现一个最简单的锁,只需要实现tryAcquire和tryRelease方法即可
public class TestLock {private Sync sync = new Sync();//加锁public void lock(){sync.acquire(1);}//解锁public void unLock(){sync.release(1);}public static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {@Overrideprotected boolean tryAcquire(int arg) {assert arg == 1;//cas将状态从0设为1 ， 如何不为0则失败if(compareAndSetState(0,1)){return true;}return false;}@Overrideprotected boolean tryRelease(int arg) {assert arg == 1;if(getState() == 0){throw new IllegalMonitorStateException();}//将状态设为0setState(0);return true;}}}再来写一个并发场景 ， 简单的加法 ， 先获取前值 ， 用sleep模拟方法执行时间比较长,然后累加
public static void main(String[] args) {final AddCount count = new AddCount();ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();for(int i = 0;i<3;i++){executorService.submit(new Runnable() {@Overridepublic void run() {try {count.add(100);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}});}}public static class AddCount{private int countTotle = 0;public void add(int count) throws InterruptedException {int tmp = this.countTotle;Thread.sleep(100L);this.countTotle = tmp+count;System.out.println(this.countTotle);}}//输出100100100在add方法加上自定义的的锁
public static void main(String[] args) {final AddCount count = new AddCount();final TestLock testLock = new TestLock();ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();for(int i = 0;i<3;i++){executorService.submit(new Runnable() {@Overridepublic void run() {try {testLock.lock();count.add(100);testLock.unLock();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}});}}//输出100200300根据这个简单的例子 ， 我们来看一下源码中是怎么实现的
acquirelock方法首先调用的是AQS的acquire方法
public final void acquire(int arg) {if (!tryAcquire(arg) &&acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))selfInterrupt();}它会调用tryAcquire尝试去取锁 ， 如果没有取到的话调用addWaiter将Node放入队尾 ， 同样也使用CAS的方式 ， AQS中有大量CAS的使用 ， 不了解CAS的可以看浅析乐观锁、悲观锁与CAS
这里有新的线程在执行第一个判断!tryAcquire(arg)时 ， 如果刚好有线程释放锁 ， 那新的线程很有可能插队直接获取到锁 ， 也就是有队列也无法公平的原因 。
private Node addWaiter(Node mode) {Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);// Try the fast path of enq; backup to full enq on failureNode pred = tail;if (pred != null) {node.prev = pred;if (compareAndSetTail(pred, node)) {pred.next = node;return node;}}enq(node);return node;}


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