揭秘AQS原理，手把手带你写ReentrantLock核心实现

2023-01-13 18:49:20

AQS：深入理解抽象队列同步器

在并发编程领域，协调多个线程对共享资源的访问至关重要。AbstractQueuedSynchronizer (AQS) 是一种抽象队列同步器，提供了实现各种同步原语的基石。它巧妙地结合了 CLH 队列和 TAS 锁的优点，创造了一种既高效又可靠的同步机制。

CLH 队列：无锁队列

CLH 队列是一种基于 Compare And Swap (CAS) 操作的无锁队列。它允许线程在不阻塞的情况下并发地向队列中添加和删除元素。然而，它也容易出现 ABA 问题，即队列中的一个元素可能被修改多次，但其值始终保持不变。

TAS 锁：自旋锁

TAS 锁（Test And Set Lock）是一种自旋锁，它使用 CAS 操作来获取和释放锁。当一个线程尝试获取锁时，它会不断地检查锁的状态，直到锁处于解锁状态。这种自旋等待的机制虽然简单，但可能会导致处理器资源的浪费。

AQS 的原理

AQS 巧妙地结合了 CLH 队列和 TAS 锁的特性，创建了一种高效且无 ABA 问题的同步机制。它使用一个队列来存储等待获取锁的线程，同时利用 CAS 操作来实现无锁的队列操作。

ReentrantLock：AQS 的具体实现

ReentrantLock 是 Java 并发编程中广泛使用的可重入锁，它基于 AQS 实现。ReentrantLock 的核心数据结构是一个表示锁状态的整型变量。它提供了 lock()、unlock() 和 tryLock() 等方法，允许线程获取、释放和尝试获取锁。

AQS 与 ReentrantLock 的区别

AQS 是一个抽象类，提供各种同步原语的支持，而 ReentrantLock 是 AQS 的具体实现，仅提供可重入锁的支持。此外，AQS 使用队列作为核心数据结构，而 ReentrantLock 使用整型变量。

手把手编写 ReentrantLock

让我们用 Java 手把手编写 ReentrantLock 的核心实现：

public class ReentrantLock {
    private int state;

    public ReentrantLock() {
        state = 0;
    }

    public void lock() {
        while (true) {
            int expected = 0;
            int updated = 1;
            if (compareAndSet(state, expected, updated)) {
                return;
            }
        }
    }

    public void unlock() {
        int expected = 1;
        int updated = 0;
        if (compareAndSet(state, expected, updated)) {
            return;
        }
    }

    public boolean tryLock() {
        int expected = 0;
        int updated = 1;
        return compareAndSet(state, expected, updated);
    }

    private boolean compareAndSet(int expected, int updated) {
        synchronized (this) {
            if (state == expected) {
                state = updated;
                return true;
            }
            return false;
        }
    }
}