并发编程-（6）-AQS原理、一步一步图解Exclusive模式

死神--->一番队队长山本元柳斋重国

目录：

• 1、Lock介绍
• 2、Lock的实现类ReentrantLock
• 3、AQS简介
• 4、ReentrantLock类体系
• 5 、Lock使用
• 6、AQS原理：
  • 6.1、AQS内存模型
  • 6.2、AQS类体系
  • 6.3、AQS模板方法
  • 6.4、Node节点
  • 6.5、CHL同步队列
  • 6.6、同步状态获取（acquire）与释放（release）
  • 6.7、线程阻塞与唤醒
• 7、AQS-产品之一ReentrantLock
  • 7.1、图解：获取锁、释放锁、入同步队列
  • 7.2、公平锁&非公平锁
• 8、面试常见问题
  • 1、公平锁（FairSync）和非公平锁（NonfairSync）的区别？
  • 2、ReentrantLock如何处理线程中断的?
  • 3、未完待续~

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1、Lock介绍

Lock 接口实现类提供了比使用 synchronized 方法和语句可获得的更广泛的锁定操作。此实现允许更灵活的结构，可以具有差别很大的属性，可以支持多个相关的 Condition 对象（Condition实现类ConditonObject来实现线程的通知/与唤醒机制，关于Condition传送门
）。

2、 Lock的实现类ReentrantLock

ReentrantLock是根据AQS实现的独占锁（exclusive）。

3、 AQS简介

AQS全称AbstractQueuedSynchronizer,是java并发包中的一个类，该类更像是一个框架(模板方法模式)，提供了一些模板方法供子类实现，从而实现了不同的同步器，如下图所示。ReentrantLock，ReentrantReadWriteLock，CountDownLatch、ThreadPoolExecutor等 这些常见类都使用了AQS。

4、 ReentrantLock类体系

ReentrantLock类体系结构

5、Lock使用

eg：加锁/解锁伪代码

Lock lock = new xxxLock();
try{
  // 加锁
  lock.lock();
  balabala作相应业务
} finally{
  // 解锁
  lock.unlock();
}

6、AQS原理：

6.1、AQS内存模型

AQS内存模型

6.2、AQS类体系

AQS类体系结构

6.3、AQS模板方法

模板方法
抽象方法

6.4、Node节点

Node节点

6.5、CHL同步队列

CHL同步队列

6.6、同步状态获取（acquire）与释放（release）

获取&释放同步状态

6.7、线程阻塞与唤醒

线程挂起&唤醒

7、AQS-产品之一ReentrantLock：

7.1、图解：获取锁、释放锁、入同步队列

背景：Thread-A 、Thread-B、Thread-C顺序获取锁，模拟内存中同步队列变化。还要一种特殊情况：Thread-D获取锁失败，同时入同步队列失败（最倒霉的线程D）。

Thread-A获得重入锁
Thread-B获得锁失败，入同步队列
Thread-C入同步队列 最倒霉的Thread-D加锁失败、入队失败g
如果node!=tail，不是尾节点，尾结点是Thread-X
走uparkSuccessor(node)
假设内存中Thread-N中的 waitStatus=1

分析下第7-3步骤为何要倒序循环唤醒节点？

为何倒序唤醒节点？

7.2、公平锁&非公平锁

thread-6公平锁入队
thread-6非公平锁入队

8、面试常见问题：

• 1、公平锁（FairSync）和非公平锁（NonfairSync）的区别？
  锁的公平性：获取锁顺序而言的。
  共同点：都是继承自ReentrantLock内部类Sync。
  差异：
  • 公平锁，那么锁的获取顺序就应该符合请求的绝对时间顺序，也就是 FIFO。
  • 非公平锁，在获取锁的时候，会先通过 CAS 进行抢占。
    另外公平锁判断条件多了 hasQueuedPredecessors()方法，也就是加入了[同步队列中当前节点是否有前驱节点]的判断，如果该方法返回 true，则表示有线程比当前线程更早地请求获取锁， 因此需要等待前驱线程获取并释放锁之后才能继续获取锁。
    公平锁加锁方法：

// 公平锁-获取锁的方法
     protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
            final Thread current = Thread.currentThread();
            int c = getState();
            if (c == 0) {
                // 同步队列中当前节点是否有前驱节点
                if (!hasQueuedPredecessors() &&
                    compareAndSetState(0, acquires)) {
                    setExclusiveOwnerThread(current);
                    return true;
                }
            }
            else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
                int nextc = c + acquires;
                if (nextc < 0)
                    throw new Error("Maximum lock count exceeded");
                setState(nextc);
                return true;
            }
            return false;
    }

非公平锁加锁方法：

        final void lock() {
            // 尝试CAS加锁
            if (compareAndSetState(0, 1))
                setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
            else
                // 第一次尝试失败后，走父类通用加锁逻辑
                acquire(1);
        }
        // 父类模板方法回调tryAcquire方法
        protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
            return nonfairTryAcquire(acquires);
        }

        final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
            final Thread current = Thread.currentThread();
            int c = getState();
            if (c == 0) {
                if (compareAndSetState(0, acquires)) {
                    setExclusiveOwnerThread(current);
                    return true;
                }
            }
            else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
                int nextc = c + acquires;
                if (nextc < 0) // overflow
                    throw new Error("Maximum lock count exceeded");
                setState(nextc);
                return true;
            }
            return false;
        }

• 2、ReentrantLock如何处理线程中断的?
  阻塞队列使用的LockSupport.park();

private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
        LockSupport.park(this);
        return Thread.interrupted();
    }

因为LockSupport.park()，无法响应Thread.interrupt(); 所以当unpark()后使用Thread.interrupted()来判断线程是否有中断过。如果中断过整个唤醒的线程在外层方法会继续执行一次中断，详情源码如下：

image.png image.png

static void selfInterrupt() {
        Thread.currentThread().interrupt();
    }