Java 基于AQS實現(xiàn)自定義同步器的示例

更新時間：2021年03月01日 09:13:07 作者：心悅君兮君不知-睿

這篇文章主要介紹了Java 基于AQS實現(xiàn)自定義同步器的示例，幫助大家更好的理解和學習使用Java，感興趣的朋友可以了解下

一、AQS-條件變量的支持

在如下代碼中，當另外一個線程調用條件變量的signal方法的時候（必須先調用鎖的lock方法獲取鎖），在內部會把條件隊列里面隊頭的一個線程節(jié)點從條件隊列里面移除并且放入AQS的阻塞隊列里面，然后激活這個線程。

public final void signal() {
 if(!isHeldExclusively()) {
  throw IllegalMonitorException();
 }
 Node first = firstWaiter;
 if(first != null){
  // 將條件隊列頭元素移動到AQS隊列
  doSignal(first);
 }
}

需要注意的是，AQS提供了ConditionObject的實現(xiàn)，并沒有提供newCondition函數，該函數用來new一個ConditionObject對象，需要由AQS的子類來提供newConditon函數
下面來看當一個線程調用條件變量的await()方法而被阻塞后，如何將其放入條件隊列

private Node addConditionWaiter() {
 Node t = lastWaiter;
 ...
 // (1)
 Node node = new Node(Thread.currentThread(),Node.CONDITION);
 // (2)
 if(t == null){
  firstWaiter = node;
 }else {
  t.nextWaiter = node; // (3)
 }
 lastWaiter = node; // (4)
 return node;
}

代碼（1）首先根據根據當前線程創(chuàng)建了一個類型為Node.CONDITION的節(jié)點，然后通過代碼（2），（3），（4）在單向隊列尾部插入一個元素
注意：當多個線程同時調用lock.lock()方法獲取鎖時，只有一個線程獲取到了鎖，其他線程會被轉換為Node節(jié)點插入到lock鎖對應的AQS阻塞里面，并且做自旋CAS嘗試獲取鎖
如果獲取到了鎖的線程又調用對應條件變量的await()方法，則該線程會釋放獲取到的鎖，并被轉化為Node節(jié)點插入到條件變量對應的條件隊列里面
這時候因為調用lock.lock()方法被阻塞到AQS隊列里面的一個線程會獲取到被釋放的鎖，如果該線程也調用了條件變量的await()方法則該線程也會被放入條件變量的條件隊列里面
當另外一個線程調用條件變量的signal()或者signalAll()方法的時候，會把條件隊列里面的一個或者全部Node節(jié)點移動到AQS的阻塞隊列里面，等待時機獲取鎖。
最后使用一個圖總結：一個鎖對應一個AQS阻塞隊列，對應多個條件變量，每個條件變量有自己的一個條件隊列。

二、基于AQS實現(xiàn)自定義同步器

基于AQS實現(xiàn)一個不可重入的鎖，自定義AQS需要重寫一系列的函數，還需要定義原子變量state的含義，在這里我們定義state為0表示目前鎖沒有被線程持有，state為1表示所已經被某一個線程持有，由于是不可重入鎖，所以不需要記錄持有鎖的線程獲取鎖的次數，另外，我們自定義的鎖支持條件變量。
下面來看一下代碼實現(xiàn)

package com.ruigege.LockSourceAnalysis6;

import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;

public class NonReentrantLockME implements Lock,java.io.Serializable{
 // 內部幫助類
 private static class Sync extends AbstractQueueSynchronizer {
  // 是否鎖已經被持有
  protected boolean isHeldExclusively() {
   return getState() == 1;
  }
  
  // 如果state為0，則嘗試獲取鎖
  public boolean tryAcquire(int acquires) {
   assert acquires == 1;
   if(compareAndSetState(0,1)) {
    setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
    return true;
   }
   return false;
  }
  
  // 嘗試釋放鎖，設置state為0
  protected boolean tryRelease(int release) {
   assert releases == 1;
   if(getState() == 0) {
    throw new IllegalMonitorStateException();
   }
   setExclusiveOwnerThread(null);
   setState(0);
   return true;
  }
  
  // 提供條件變量接口
  Condition newConditon() {
   return new ConditionObject();
  }
 }
 
 // 創(chuàng)建一個Sync來做具體的工作
 private final Sync sync = new Sync();
 
 public void lock() {
  sync.acquire(1);
 }
 
 public boolean tryLock() {
  return sync.tryAcquire(1);
 }
 
 public void unlock() {
  sync.release(1);
  
 }
 public Condition newCondition() {
  return sync.newConditon();
 }
 
 public boolean isLocked() {
  return sync.isHeldExclusively();
 }
 
 public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {
  sync.acquireInterruptibly(1);
 }

 public boolean tryLock(long timeout,TimeUnit unit) throws InterruptedException {
  return sync.tryAcquireNanos(1,unit.toNanos(timeout));
 }
}

如上面的代碼，NonReentrantLock定義了一個內部類Sync用來實現(xiàn)具體的鎖的操作，Sync則繼承了AQS ，由于我們實現(xiàn)的獨占模式的鎖，所以Sync重寫了tryAcquire\tryRelease和isHeldExclusively3個方法，另外Sync提供了newCondition這個方法用來支持條件變量。