从ReentrantLock加锁解锁角度分析AQS

Posted 2020-12-21 xdu-lakers

本文用于记录在学习AQS时，以ReentrantLock为切入点，深入源码分析ReentrantLock的加锁和解锁过程。

同步器AQS的主要使用方式是继承，子类通过继承同步器并实现它的抽象方法来管理同步状态（通常锁或者同步组件内部会实现一个Sync类(该类是一个静态内部类)，然后让Sync类去继承AQS类，通过继承AQS队列同步器并实现它的抽象方法来管理同步状态），对同步状态进行更改需要使用同步器提供的3个方法 getState、setState 和 compareAndSetState ，它们保证状态改变是安全的。

下图是ReentrantLock中所有的内部类和方法：

3个内部类之间的关系如下图所示：

以ReentrantLock为例，从源码分析如何进行加锁和解锁。

ReentrantLock lc = new ReentrantLock();
lc.lock();
lc.unlock();

（1）ReentrantLock构造函数(为了方便分析，我们以非公平队列为例子)

（2）lc.lock()

ReentrantLock类中的lock()方法调用sync实例中的lock()方法，因为我们是以非公平队列为例子，所以此时的sync实例的类型为NonfairSync。即调用NonfairSync.lock()

紧接着进入209行对应的acquire(1)方法：该方法位于AQS框架中，且被final修饰，即不能被子类重写。

紧接着进入tryAcquire(int arg)方法

我们发现AQS中的tryAcquire(int arg)方法中没有实现体，说明tryAcquire(int arg)方法需要AQS子类实现，根据上面的继承图可知，Sync以及NonfairSync都是AQS的子类，由下图可知，tryAcquire(int arg)方法的实现位于NonfairSync内部类中

进入NonfairSync内部类中的ryAcquire(int arg)方法可以发现其调用了Sync静态内部类中的nonfairTryAcquire方法。

至此成功获取了锁。

(1) 通过ReentrantLock的加锁方法Lock进行加锁操作。
(2) 会调用到内部类Sync的Lock方法，根据ReentrantLock初始化选择的公平锁和非公平锁，执行相关内部类的Lock方法，本质上都会执行AQS的acquire方法。
(3) AQS的Acquire方法会执行tryAcquire方法，但是由于tryAcquire需要自定义同步器实现，因此执行了ReentrantLock中的tryAcquire方法，由于ReentrantLock是通过公平锁和非公平锁内部类实现的tryAcquire方法，因此会根据锁类型不同，执行不同的tryAcquire。
(4) tryAcquire是获取锁逻辑，获取失败后，会执行框架AQS的后续逻辑，跟ReentrantLock自定义同步器无关。

（3）lc.unlock()

释放锁的过程和加锁过程类似，不走进源码，直接上文字版流程

(1) 通过ReentrantLock的解锁方法Unlock进行解锁。
(2) Unlock会调用内部类Sync的release方法，该方法继承于AQS。
(3) release中会调用tryRelease方法，tryRelease需要自定义同步器实现，tryRelease只在ReentrantLock中的Sync实现，因此可以看出，释放锁的过程，并不区分是否为公平锁。
(4) 释放成功后，所有处理由AQS框架完成，与自定义同步器无关。

经过上述的学习，可以归纳总结出如果要自定义一个同步组件，可以按照如下步骤

• 第一步：内部写一个Sync类继承AbstractQueuedSynchronizer接口。
• 第二步：根据是否独占来重写队列同步器中的方法，如果需要独占则实现tryAcquire()/tryRelease()等方法，如果不需要独占，则实现tryAcquireShared(int acquires)和tryReleaseShared(int releases)等方法。
• 第三步：初始化Sync对象，并在锁的获取/释放方法(通常为lock()以及unlock()方法)中调用AQS的acquire()/release()或者acquireShared()/releaseShared()方法。