Java 并发锁之 AQS 的理解？

Posted 2020-12-14 小污龟

这篇文章，我们来聊聊面试时一个比较有杀伤力的问题：聊聊你对AQS的理解？

之前有同学反馈，去互联网公司面试，面试官聊到并发时就问到了这个问题。当时那位同学内心估计受到了一万点伤害。。。

因为首先，很多人可能连AQS是什么都不知道。或者仅仅是听说过AQS这个名词，但是可能连全称怎么拼写都不知道。

更有甚者，可能会说：AQS？是不是一种思想？我们平时开发怎么来用AQS？

总结起来，很多同学都对AQS有一种云里雾里的感觉，如果用搜索引擎查一下AQS是什么，估计看几篇文章就直接放弃了，因为密密麻麻的文字，实在是看不懂！

所以基于上述痛点，这篇文章就用最简单的大白话配合N多张手绘图，给大家讲清楚AQS到底是什么？

让各位同学面试被问到这个问题时，不至于不知所措。

二、ReentrantLock和AQS的关系

首先来看看，如果用java并发包下的ReentrantLock来加锁和释放锁，是个什么样的感觉？

这个学过java的同学应该都会吧，毕竟是java并发基本API的使用，我们直接看一下代码：

 

 

上面那段代码应该不难理解，无非就是搞一个Lock对象，然后加锁和释放锁。

你这时可能会问，这个跟AQS有啥关系？

关系大了去了！因为java并发包下很多API都是基于AQS来实现的加锁和释放锁等功能的，AQS是java并发包的基础类。

举个例子，比如说ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock底层都是基于AQS来实现的。

那么AQS的全称是什么呢？

AbstractQueuedSynchronizer，抽象队列同步器

给大家画一个图，看一下ReentrantLock和AQS之间的关系。

 

 

我们看上图，说白了，ReentrantLock内部包含了一个AQS对象，也就是AbstractQueuedSynchronizer类型的对象。

这个AQS对象就是ReentrantLock可以实现加锁和释放锁的关键性的核心组件。

三、ReentrantLock加锁和释放锁的底层原理

好了，现在如果有一个线程过来尝试用ReentrantLock的lock()方法进行加锁，会发生什么事情？

很简单，这个AQS对象内部有一个核心的变量叫做state，是int类型的，代表了加锁的状态。

初始状态下，这个state的值是0。

另外，这个AQS内部还有一个关键变量，用来记录当前加锁的是哪个线程，初始化状态下，这个变量是null。

 

 

接着线程跑过来调用ReentrantLock的lock()方法尝试进行加锁，这个加锁的过程，直接就是用CAS操作将state值从0变为1。

（关于CAS，之前专门有文章做过详细阐述，大家可以自行阅读了解）

如果之前没人加过锁，那么state的值肯定是0，此时线程1就可以加锁成功。

一旦线程1加锁成功了之后，就可以设置当前加锁线程是自己。所以大家看下面的图，就是线程1跑过来加锁的一个过程。

 

 

其实看到这儿，大家应该对所谓的AQS有感觉了。说白了，就是并发包里的一个核心组件，里面有state变量、加锁线程变量等核心的东西，维护了加锁状态。

你会发现，ReentrantLock这种东西只是一个外层的API，内核中的锁机制实现都是依赖AQS组件的。

这个ReentrantLock之所以用Reentrant打头，意思就是他是一个可重入锁。

可重入锁的意思，就是你可以对一个ReentrantLock对象多次执行lock()加锁和unlock()释放锁，也就是可以对一个锁加多次，叫做可重入加锁。

大家看明白了那个state变量之后，就知道了如何进行可重入加锁！

其实每次线程1可重入加锁一次，会判断一下当前加锁线程就是自己，那么他自己就可以可重入多次加锁，每次加锁就是把state的值给累加1，别的没啥变化。

接着，如果线程1加锁了之后，线程2跑过来加锁会怎么样呢？

我们来看看锁的互斥是如何实现的？

线程2跑过来一下看到，哎呀！state的值不是0啊？所以CAS操作将state从0变为1的过程会失败，因为state的值当前为1，说明已经有人加锁了！

接着线程2会看一下，是不是自己之前加的锁啊？当然不是了，“加锁线程”这个变量明确记录了是线程1占用了这个锁，所以线程2此时就是加锁失败。

给大家来一张图，一起来感受一下这个过程：

 

 

接着，线程2会将自己放入AQS中的一个等待队列，因为自己尝试加锁失败了，此时就要将自己放入队列中来等待，等待线程1释放锁之后，自己就可以重新尝试加锁了

所以大家可以看到，AQS是如此的核心！AQS内部还有一个等待队列，专门放那些加锁失败的线程！

同样，给大家来一张图，一起感受一下：

 

 

接着，线程1在执行完自己的业务逻辑代码之后，就会释放锁！他释放锁的过程非常的简单，就是将AQS内的state变量的值递减1，如果state值为0，则彻底释放锁，会将“加锁线程”变量也设置为null！

整个过程，参见下图：

接下来，会从等待队列的队头唤醒线程2重新尝试加锁。

好！线程2现在就重新尝试加锁，这时还是用CAS操作将state从0变为1，此时就会成功，成功之后代表加锁成功，就会将state设置为1。

此外，还要把“加锁线程”设置为线程2自己，同时线程2自己就从等待队列中出队了。

最后再来一张图，大家来看看这个过程。

 

 

四、总结

OK，本文到这里为止，基本借着ReentrantLock的加锁和释放锁的过程，给大家讲清楚了其底层依赖的AQS的核心原理。

基本上大家把这篇文章看懂，以后再也不会担心面试的时候被问到：谈谈你对AQS的理解这种问题了。

其实一句话总结：AQS就是一个并发包的基础组件，用来实现各种锁，各种同步组件的。

它包含了state变量、加锁线程、等待队列等并发中的核心组件。

 

END

石杉的架构笔记（id：shishan100）
作者：中华石杉，多年BAT架构经验倾囊相授