浅谈AQS锁实现机制（含ReentrantReadWriteLock读写锁加锁解锁相关源码分析）

Posted 2021-12-22 默辨

文章目录

• • 一、分析AQS锁
  • 二、自定义一把AQS锁
  • 三、分析ReentrantReadWriteLock锁源码
  • • 1、Sync
    • 2、ReadLock
    • 3、WriteLock

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一、分析AQS锁

在Java语言层面，它拥有自己的锁实现机制（JVM层面的是synchronized）。这个锁机制就是AbstractQueuedSynchronizer类，也就是我们常说的AQS。我们常见的ReentrantLock、CountDownLatch、Semaphore、CyclicBarrier等，都是基于AQS来实现的，只是不同的并发工具类使用到的是AQS的不同特性，如ReentrantLock加锁操作使用了互斥特性，Semaphore信号量就是利用了共享的特性，但两者都是在state变量上做文章。

AQS是一个抽象类，他无法直接实例化为一个对象，他只能依附于其他工具类的实现。AQS使用了一个模板方法的设计模式，它给出了我们实现锁的规范，我们只需要按照它的规范来，就可以完成对应的加锁、解锁逻辑。

不懂模板方法设计模式的可以参考我之前的博客：模板方法模式

本文仅讨论尝试加锁（tryAcquire）和尝试解锁（tryRelease）这两个方法。我认为这是比较核心的两个方法。
为什么我说这两个方法是比较核心的方法呢？我们以ReentrantLock为例，调用lock方法为起点。更详细的过程及源码分析，请参考浅谈AQS同步队列（含ReentrantLock加锁和解锁源码分析）此处仅进行流程分析。

1、选择调用ReentrantLock中的公平锁还是非公平锁实现（在创建ReentrantLock对象的时候，就会初始化出我们的锁对象，即可以指定是公平还是非公平的锁），我们以默认的非公平锁为例

2、然后调用当前类的acquire，而该类是AQS中实现的，即会调用父类方法

3、此时会调用对应的tryAcquire方法尝试获取锁

4、该方法在AQS中是一个会报错的实现，即具体实现方法只能是具体子类

5、此时就根据ReentrantLock中的方法逻辑进行获取锁

6、解锁流程逻辑同理

总结：AQS给出了锁的实现规则，具体的锁工具类，只需要实现对应的方法即可完成一把锁的功能

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二、自定义一把AQS锁

总结上面的关键点：

1、lock方法为我们加锁的入口

2、tryAcquire为我们获取锁的逻辑

于是我们就可以自定义一把锁，完成锁的基本功能，代码如下：

public class MobianLock extends AbstractQueuedSynchronizer 

	// 用于加锁的入口
	public void lock()
		acquire(1);
	
	// 用于解锁的入口
	public void unlock()
		release(1);
	

	@Override
	protected boolean tryAcquire(int arg) 
		// cas加锁 成功返回true
		if(compareAndSetState(0,1))
			setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
			return true;
		
		return false;
	

	@Override
	protected boolean tryRelease(int arg) 
		// 释放锁逻辑
		setExclusiveOwnerThread(null);
		setState(0);
		return true;
	

测试结果：

锁效果成功

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三、分析ReentrantReadWriteLock锁源码

ReentrantReadWriteLock锁的使用不再讲解

现实中有这样一种场景：对共享资源有读和写的操作，且写操作没有读操作那么频繁（读多写少）。在没有写操作的时候，多个线程同时读一个资源没有任何问题，所以应该允许多个线程同时读取共享资源（读读可以并发）；但是如果一个线程想去写这些共享资源，就不应该允许其他线程对该资源进行读和写操作了（读写，写读，写写互斥）。在读多于写的情况下，读写锁能够提供比排它锁更好的并发性和吞吐量。

针对这种场景，JAVA的并发包提供了读写锁ReentrantReadWriteLock，它内部，维护了一对相关的锁，一个用于只读操作，称为读锁；一个用于写入操作，称为写锁，描述如下：

线程进入读锁的前提条件：

• 没有其他线程的写锁
• 没有写请求或者有写请求，但调用线程和持有锁的线程是同一个。

线程进入写锁的前提条件：

• 没有其他线程的读锁
• 没有其他线程的写锁

而读写锁有以下三个重要的特性：

• 公平选择性：支持非公平（默认）和公平的锁获取方式，吞吐量还是非公平优于公平。
• 可重入：读锁和写锁都支持线程重入。以读写线程为例：读线程获取读锁后，能够再次获取读锁。写线程在获取写锁之后能够再次获取写锁，同时也可以获取读锁。
• 锁降级：遵循获取写锁、再获取读锁最后释放写锁的次序，写锁能够降级成为读锁。

ReentrantReadWriteLock的类图结构

根据ReentrantReadWriteLock类的情况可以两部分

1. WriteLock和ReadLock为一部分：关键的读写锁逻辑
2. Sync为一部分：维护锁的状态信息

1、Sync

直接继承AQS，在AQS的基础上，添加了一些要素

这里涉及了很多的位运算，其原因都要归咎于在ReentrantReadWriteLock锁的内部，它是将一个int类型的state分成16高位+16低位来处理的。

这个状态数字的判断，在后面的读写锁加锁过程中会经常使用到。

总结：高16位为读锁状态标志位，低16位为写锁状态标志位

2、ReadLock

读锁部分，依然可以分为lock和unlock方法，它们分别调用的是acquireShared和releaseShared方法。想都不用想，最终肯定是调用到tryAcquireShared和tryReleaseShared方法

public void lock() 
    sync.acquireShared(1);


public void unlock() 
    sync.releaseShared(1);

加锁逻辑

解锁逻辑

3、WriteLock

同理，会调用到tryAcquire和tryRelease方法

public void lock() 
    sync.acquire(1);


public void unlock() 
    sync.release(1);

加锁逻辑

解锁逻辑