前言

相信大家對Java中的Lock鎖應(yīng)該不會陌生，比如ReentrantLock，鎖主要是用來解決解決多線程運行訪問共享資源時的線程安全問題。那你是不是很好奇，這些Lock鎖api是如何實現(xiàn)的呢？本文就是來探討一下這些Lock鎖底層的AQS（AbstractQueuedSynchronizer）到底是如何實現(xiàn)的。

本文是基于ReentrantLock來講解，ReentrantLock加鎖只是對AQS的api的調(diào)用，底層的鎖的狀態(tài)(state)和其他線程等待(Node雙向鏈表)的過程其實是由AQS來維護的

加鎖

我們先來看看加鎖的過程，先看源碼，然后模擬兩個線程來加鎖的過程。

上圖是ReentrantLock的部分實現(xiàn)。里面有一個Sync的內(nèi)部類的實例變量，這個Sync內(nèi)部類繼承自AQS，Sync子類就包括公平鎖和非公平鎖的實現(xiàn)。說白了其實ReentrantLock是通過Sync的子類來實現(xiàn)加鎖。

我們就來看一下Sync的非公平鎖的實現(xiàn)NonfairSync。

重寫了它的lock加鎖方法，在實現(xiàn)中因為是非公平的，所以一進來會先通過cas嘗試將AQS類的state參數(shù)改為1，直接嘗試加鎖。如果嘗試加鎖失敗會調(diào)用AQS的acquire方法繼續(xù)嘗試加鎖。

假設(shè)這里有個線程1先來調(diào)用lock方法，那么此時沒有人加鎖，那么就通過CAS操作，將AQS中的state中的變量由0改為1，代表有人來加鎖，然后將加鎖的線程設(shè)置為自己如圖。

那么此時有另一個線程2來加鎖，發(fā)現(xiàn)通過CAS操作會失敗，因為state已經(jīng)被設(shè)置為1了，線程線程2就會設(shè)置失敗，那么此時就會走else，調(diào)用AQS的acquire方法繼續(xù)嘗試加鎖。

進入到acquire會先調(diào)用tryAcquire再次嘗試加鎖，而這個tryAcquire方法AQS其實是沒有什么實現(xiàn)的，會調(diào)用到NonfairSync里面的tryAcquire，而tryAcquire實際會調(diào)用到Sync內(nèi)部類里面的nonfairTryAcquire非公平嘗試加鎖方法。

先獲取鎖的狀態(tài)，判斷鎖的狀態(tài)是不是等于0，等于0說明沒人加鎖，可以嘗試去加，如果被加鎖了，就會走else if，else if會判斷加鎖的線程是不是當前線程，是的話就給state 加 1，代表當前線程加了2次鎖，就是可重入鎖的意思（所謂的可重入就是代表一個線程可以多次獲取到鎖，只是將state 設(shè)置為多次，當線程多次釋放鎖之后，將state 設(shè)置為0才代表當前線程完全釋放了鎖）。

這里所有的條件假設(shè)都不成立。也就是線程2嘗試加鎖的時候，線程1并沒有釋放鎖，那么這個方法就會返回false。

接下來就會走到addWaiter方法，這個方法很重要，就是將當前線程封裝成一個Node，然后將這個Node放入雙向鏈表中。addWaiter先根據(jù)指定模式創(chuàng)建指定的node節(jié)點，因為ReentrantLock是獨占模式，所以傳進去的EXCLUSIVE，這里通過當前線程和模式傳入，初始化一個雙向node節(jié)點，獲取最后一個節(jié)點，根據(jù)最后一個節(jié)點是否存在來操作當前節(jié)點的父級。如果尾節(jié)點不存在會去調(diào)用enq去初始化

放入鏈表中之后如圖。

然后調(diào)用acquireQueued方法

這個方法一進來也會嘗試將當前節(jié)點去加鎖，然后如果加鎖成功就將當前節(jié)點設(shè)置為頭節(jié)點，最后將當前線程中斷，等待喚醒。

線程2進來的時候，剛好線程2的前一個節(jié)點是頭節(jié)點，但是不巧的是調(diào)用tryAcquire方法，還是失敗，那么此時就會走shouldParkAfterFailedAcquire方法，這個方法是在線程休眠之前調(diào)用的，很重要，我們來看看干了什么事。

判斷當前節(jié)點的父級節(jié)點的狀態(tài)，如果父級狀態(tài)是-1，則代表當前線程可以被喚醒了。如果父級的狀態(tài)為取消狀態(tài)（什么叫非取消狀態(tài)，就是tryLock方法等待了一些時間沒獲取到鎖的線程就處于取消狀態(tài)）就跳過父級，尋找下一個可以被喚醒的父級，然后綁定上節(jié)點關(guān)系，最后將父級的狀態(tài)更改為-1。也就說，線程（Node）加入隊列之后，如果沒有獲取到鎖，在睡眠之前，會將當前節(jié)點的前一個節(jié)點設(shè)置為非取消狀態(tài)的節(jié)點，然后將前一個節(jié)點的waitStatus設(shè)置為-1，代表前一個節(jié)點在釋放鎖的時候需要喚醒下一個節(jié)點。這一步驟主要是防止當前休眠的線程無法被喚醒。這一切設(shè)置成功之后，就會返回true。

接下來就會調(diào)用parkAndCheckInterrupt

，這個方法內(nèi)部調(diào)用LockSupport.park方法，此時當前線程就會休眠。

到這一步線程2由于沒有獲取到鎖，就會在這里休眠等待被喚醒。

來總結(jié)一下加鎖的過程。

線程1先過來，發(fā)現(xiàn)沒人加鎖，那么此時就會加上鎖。此時線程2過來，在線程2加鎖的過程中，線程1始終沒有釋放鎖，那么線程2就不會加鎖成功（如果在線程2加鎖的過程中線程1始終釋放鎖，那么線程2就會加鎖成功），線程2沒有加鎖成功，就會將自己當前線程加入等待隊列中(如果沒有隊列就先初始化一個)，然后設(shè)置前一個節(jié)點的狀態(tài)，最后通過LockSupport.park方法，將自己這個線程休眠。

如果后面還有線程3，線程4等等諸多的先過來，那么這些線程都會按照前面線程2的步驟，將自己插入鏈表后面再休眠。

釋放鎖

ok，說完加鎖的過程之后，我們來看看釋放鎖干了什么。

ReentrantLock的unlock其實是調(diào)用AQS的release方法，我們直接進入release方法，看看是如何實現(xiàn)的

進入tryRelease方法，看一下Sync的實現(xiàn)

其實很簡單，就是判斷鎖的狀態(tài)，也就是加了幾次鎖，然后減去釋放的，最后判斷釋放之后，鎖的狀態(tài)是不是0（因為可能線程加了多次鎖，所以得判斷一下），是的話說明當前這個鎖已經(jīng)釋放完了，然后將占有鎖的線程設(shè)置為null，然后返回true，

然后就會走接下來的代碼。

就是判斷當前鏈表頭節(jié)點是不是需要喚醒隊列中的線程。如果有鏈表的話，頭結(jié)點的waitStatus肯定不是0，因為線程休眠之前，會將前一個節(jié)點的狀態(tài)設(shè)置為-1，上面加鎖的過程中有提到過。

接下來就會走unparkSuccessor方法，successor代表繼承者的意思，見名知意，這個方法其實就會喚醒當前線程中離頭節(jié)點最近的沒有狀態(tài)為非取消的線程。然后調(diào)用LockSupport.unpark，喚醒等待的線

然后線程就會從阻塞的那里蘇醒過來，繼續(xù)嘗試獲取鎖。

我再次貼出這段代碼。

獲取到鎖之后，就將頭節(jié)點設(shè)置成自己。

對應(yīng)我們的例子，就是線程1釋放鎖之后，就會喚醒在隊列中線程2，先成2獲取到鎖之后，就會將自己前一個節(jié)點（也就是頭節(jié)點）從鏈表中移除，將自己設(shè)置成頭節(jié)點。該方法就會跳出死循環(huán)。

到這里，釋放鎖的過程就講完了，其實很簡單，就是當線程完完全全釋放了鎖，會喚醒當前鏈表中的沒有取消的，離頭結(jié)點最近的節(jié)點(一般就是鏈表中的第二個節(jié)點)，然后被喚醒的節(jié)點就會獲取到鎖，將頭節(jié)點設(shè)置為自己。

總結(jié)

相信看完這篇文章，大家對AQS的底層有了更深層次的了解。AQS其實就是內(nèi)部維護一個鎖的狀態(tài)變量state和一個雙向鏈表，加鎖成功就將state的值加1，加鎖失敗就將自己當前線程放入鏈表的尾部，然后休眠，等待其他線程完完全全釋放鎖之后將自己喚醒，喚醒之后會嘗試加鎖，加鎖成功就會執(zhí)行業(yè)務(wù)代碼了。

到此這篇關(guān)于教你Java中的Lock鎖底層AQS到底是如何實現(xiàn)的的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java Lock鎖AQS實現(xiàn)內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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