JUC并发编程基石AQS源码之结构篇
前言
AQS(AbstractQueuedSynchronizer)算是JUC包中最重要的一个类了，如果你想了解JUC提供的并发编程工具类的代码逻辑，这个类绝对是你绕不过的。我相信如果你是第一次看AQS源码肯定是一脸懵逼，一个个方法跳来跳去一会就绕蒙了。所以把整个代码骨架搞明白是你看懂AQS源码的第一步。本篇文章只说代码结构，之后的篇章会讲解AQS具体的执行逻辑。
顶级接口Lock
public interface Lock {
void lock();
void unlock();
void lockInterruptibly() throws InterruptedException;
boolean tryLock();
boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
Condition newCondition();
}
我们一直强调面向接口编程的思想，看源码也是先从接口入手。Lock算是JUC提供的锁中的顶级接口，我们平常使用的ReentrantLock、ReadWriteLock等直接或间接的都实现了这个接口。这个接口主要是用来规定我们怎样去加锁和解锁，将加锁和解锁的方法暴露出去。下面的伪代码是一个典型的加锁解锁方式，多么简单，这就是面向接口的艺术。
Lock l = ...;
l.lock();
try {
// 自己的逻辑代码
} finally {
l.unlock();
}
代码结构
到现在我们知道了怎么加锁和解锁的方式，下一步自己通过接口去实现一个加锁类。这个比你直接看源码更重要。Doug Lea（AQS源码作者）大神在AQS类注解上就给我们提供了一个示例类Mutex。看源码类注解和方法注解也是你理解源码的一个重要渠道，还可以锻炼自己的英文。
实现Lock接口
首先要实现Lock接口，将加锁和解锁方法暴露出去。我们以加锁为例
class Mutex implements Lock, java.io.Serializable {
public void lock() {
sync.acquire(1);
}
代码很简单，调用了sync.acquire(1)方法，所以这个方法是加锁逻辑的入口，往下看
内部类继承AQS
现在将加锁方法暴露出去了，具体的加锁逻辑则需要AQS类了。AQS是一个抽象类，我们要使用它则需要继承，实现抽象方法。AQS加锁采用的是模板的设计模式，加锁以及锁失败的后续处理的整体流程代码已经实现，我们只需要实现我们需要的具体加锁方式即可。
class Mutex implements Lock, java.io.Serializable {
// The sync object does all the hard work. We just forward to it.
private final Sync sync = new Sync();
// 内部类继承AQS
private static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
// 实现抽象方法
public boolean tryAcquire(int acquires) {
assert acquires == 1; // Otherwise unused
if (compareAndSetState(0, 1)) {
setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
return true;
}
return false;
}
}
}
我们会发现Sync继承了AQS，但是没有sync.acquire()这个方法，那么这个方法肯定来源于父类了。
AQS的acquire方法
public abstract class AbstractQueuedSynchronizer{
//加锁的入口方法，模板的设计模式
public final void acquire(int arg) {
if (!tryAcquire(arg) &&
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();
}
//具体的加锁逻辑，需要自己实现
protected boolean tryAcquire(int arg) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
acquire方法定义了整个的加锁流程，而且使用了设计模式中的模板模式。
整体调用流程
从上面的流程可以看出，就这四个步骤就涉及到了三个类
-
Mutex.lock为暴露出去的加锁方法
-
AQS.acquire是加锁的模板方法，实现了加锁逻辑的整个流程
-
Sync.tryAcquire，图中的绿色部分，是一个抽象方法需要自己实现，针对不同的锁类型如公平锁、非公平锁、共享锁、独占锁等有不同的实现方式。
-
AQS.acquireQueued是加锁失败后的逻辑，将线程入队，这个后面讲AQS源码会重点讲。
解锁操作的流程和加锁类似，读者可以自己看一下解锁的流程。
自定义加锁类的源码
下面的代码是Mutex类的整体代码，有需要的可以在自己的IDE中感受一下整体的结构。
class Mutex implements Lock, java.io.Serializable {
public static void main(String[] args) {
Lock lock = new Mutex();
lock.lock();
try {
}finally {
lock.unlock();
}
}
public void lock() {
sync.acquire(1);
}
public void unlock() {
sync.release(1);
}
// Our internal helper class
private static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
// Reports whether in locked state
protected boolean isHeldExclusively() {
return getState() == 1;
}
// Acquires the lock if state is zero
public boolean tryAcquire(int acquires) {
assert acquires == 1; // Otherwise unused
if (compareAndSetState(0, 1)) {
setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
return true;
}
return false;
}
// Releases the lock by setting state to zero
protected boolean tryRelease(int releases) {
assert releases == 1; // Otherwise unused
if (getState() == 0) throw new IllegalMonitorStateException();
setExclusiveOwnerThread(null);
setState(0);
return true;
}
// Provides a Condition
Condition newCondition() {
return new ConditionObject();
}
// Deserializes properly
private void readObject(ObjectInputStream s)
throws IOException, ClassNotFoundException {
s.defaultReadObject();
setState(0); // reset to unlocked state
}
}
// The sync object does all the hard work. We just forward to it.
private final Sync sync = new Sync();
public boolean tryLock() {
return sync.tryAcquire(1);
}
public Condition newCondition() {
return sync.newCondition();
}
public boolean isLocked() {
return sync.isHeldExclusively();
}
public boolean hasQueuedThreads() {
return sync.hasQueuedThreads();
}
public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {
sync.acquireInterruptibly(1);
}
public boolean tryLock(long timeout, TimeUnit unit)
throws InterruptedException {
return sync.tryAcquireNanos(1, unit.toNanos(timeout));
}
}
下一篇我们将根据上面所说的来分析ReentrantLock类的代码结构
如有不实，还望指正
