Java锁(二)：AbstractQueuedSynchronizer、ReentrantLock底层实现原理详解

2023-11-08 17:40:05

前言

在现代软件开发中，并发编程已经成为必不可少的技能。Java作为一门支持多线程编程的语言，提供了丰富的锁机制来保证线程安全。在Java锁机制中，AbstractQueuedSynchronizer（AQS）和ReentrantLock是两个非常重要的类。它们提供了灵活、高效的同步机制，广泛应用于Java并发编程中。本文将深入剖析AQS和ReentrantLock的底层实现原理，帮助您深入理解Java锁的运作机制。

一、AbstractQueuedSynchronizer简介

AQS（AbstractQueuedSynchronizer）是并发容器JUC（java.util.concurrent）下locks包内的核心类，提供了用于构建各种同步器（synchronizer）的基础框架。它使用队列来管理线程，提供了获取锁、释放锁、等待锁等基本操作。AQS的实现非常巧妙，既能保证线程安全，又能提供高性能。

二、AQS的实现原理

AQS的核心数据结构是一个CLH队列（CLH Lock Queue），它是一个链表，每个节点都包含一个线程和一个状态值。当一个线程想要获取锁时，它会尝试将自己加入到CLH队列的尾部。如果队列为空，则该线程可以直接获取锁；如果队列不为空，则该线程会进入等待状态，直到队列的头部节点释放锁。

AQS提供了两种获取锁的方式：独占锁（exclusive mode）和共享锁（shared mode）。独占锁意味着该线程是唯一拥有锁的线程，其他线程只能等待。共享锁意味着该线程可以与其他线程同时拥有锁，但只能进行读操作，不能进行写操作。

三、ReentrantLock实现原理

ReentrantLock是Java中常用的锁实现类，它是一个可重入锁，这意味着同一个线程可以多次获取同一个锁。ReentrantLock的实现基于AQS，它使用AQS来管理线程队列和锁的状态。

ReentrantLock提供了多种构造函数，允许您指定是否公平、是否使用非阻塞锁等。公平锁意味着线程获取锁的顺序与它们加入队列的顺序一致，而非公平锁则没有这样的限制。非阻塞锁则意味着当锁被其他线程持有时，线程不会被阻塞，而是会立即返回。

四、AQS和ReentrantLock的对比

AQS和ReentrantLock都是Java中重要的锁实现类，但它们也有各自的特点和适用场景。

AQS：AQS是一个框架，它提供了构建各种同步器的基础。它非常灵活，可以根据不同的需求来实现不同的同步器。但AQS的学习和使用成本较高，需要对Java并发编程有一定的理解。
ReentrantLock：ReentrantLock是一个具体的锁实现类，它基于AQS实现，提供了可重入锁的功能。ReentrantLock易于使用，是Java并发编程中常用的锁实现类。