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一、concurrent包的結(jié)構(gòu)層次

在針對(duì)并發(fā)編程中，Doug Lea大師為我們提供了大量實(shí)用，高性能的工具類，針對(duì)這些代碼進(jìn)行研究會(huì)讓我們隊(duì)并發(fā)編程的掌握更加透徹也會(huì)大大提升我們隊(duì)并發(fā)編程技術(shù)的熱愛。這些代碼在java.util.concurrent包下。如下圖，即為concurrent包的目錄結(jié)構(gòu)圖。

其中包含了兩個(gè)子包：atomic以及l(fā)ock，另外在concurrent下的阻塞隊(duì)列以及executors,這些就是concurrent包中的精華，之后會(huì)一一進(jìn)行學(xué)習(xí)。而這些類的實(shí)現(xiàn)主要是依賴于volatile以及CAS，從整體上來看concurrent包的整體實(shí)現(xiàn)圖如下圖所示：

二、lock簡介

我們下來看concurent包下的lock子包。鎖是用來控制多個(gè)線程訪問共享資源的方式，一般來說，一個(gè)鎖能夠防止多個(gè)線程同時(shí)訪問共享資源。在Lock接口出現(xiàn)之前，java程序主要是靠synchronized關(guān)鍵字實(shí)現(xiàn)鎖功能的，而java SE5之后，并發(fā)包中增加了lock接口，它提供了與synchronized一樣的鎖功能。雖然它失去了像synchronize關(guān)鍵字隱式加鎖解鎖的便捷性，但是卻擁有了鎖獲取和釋放的可操作性，可中斷的獲取鎖以及超時(shí)獲取鎖等多種synchronized關(guān)鍵字所不具備的同步特性。通常使用顯式使用lock的形式如下：

Lock lock = new ReentrantLock(); lock.lock(); try{....... }finally{lock.unlock(); }

需要注意的是synchronized同步塊執(zhí)行完成或者遇到異常是鎖會(huì)自動(dòng)釋放，而lock必須調(diào)用unlock()方法釋放鎖，因此在finally塊中釋放鎖。

Lock接口API
Lock接口定義的方法：

public interface Lock { void lock(); //獲取鎖 void lockInterruptibly() throws InterruptedException；//獲取鎖的過程能夠響應(yīng)中斷 boolean tryLock();//非阻塞式響應(yīng)中斷能立即返回，獲取鎖放回true反之返回fasle boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;//超時(shí)獲取鎖，在超時(shí)內(nèi)或者未中斷的情況下能夠獲取鎖 Condition newCondition();//獲取與lock綁定的等待通知組件，//當(dāng)前線程必須獲得了鎖才能進(jìn)行等待，//進(jìn)行等待時(shí)會(huì)先釋放鎖，當(dāng)再次獲取鎖時(shí)才能從等待中返回 }

locks包下有哪些類實(shí)現(xiàn)了Lock接口
從最熟悉的ReentrantLock說起

public class ReentrantLock implements Lock, java.io.Serializable

很顯然ReentrantLock實(shí)現(xiàn)了lock接口，接下來我們來仔細(xì)研究一下它是怎樣實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)你查看源碼時(shí)你會(huì)驚訝的發(fā)現(xiàn)ReentrantLock并沒有多少代碼，另外有一個(gè)很明顯的特點(diǎn)是：基本上所有的方法的實(shí)現(xiàn)實(shí)際上都是調(diào)用了其靜態(tài)內(nèi)存類Sync中的方法，而Sync類繼承了AbstractQueuedSynchronizer（AQS）。可以看出要想理解ReentrantLock關(guān)鍵核心在于對(duì)隊(duì)列同步器AbstractQueuedSynchronizer（簡稱同步器）的理解。

三、初識(shí)AQS

根據(jù)源碼注釋翻譯如下：

同步器是用來構(gòu)建鎖和其他同步組件的基礎(chǔ)框架，它的實(shí)現(xiàn)主要依賴一個(gè)int成員變量來表示同步狀態(tài)以及通過一個(gè)FIFO隊(duì)列構(gòu)成等待隊(duì)列。它的子類必須重寫AQS的幾個(gè)protected修飾的用來改變同步狀態(tài)的方法，其他方法主要是實(shí)現(xiàn)了排隊(duì)和阻塞機(jī)制。狀態(tài)的更新使用getState,setState以及compareAndSetState這三個(gè)方法。
子類被推薦定義為自定義同步組件的靜態(tài)內(nèi)部類，同步器自身沒有實(shí)現(xiàn)任何同步接口，它僅僅是定義了若干同步狀態(tài)的獲取和釋放方法來供自定義同步組件的使用，同步器既支持獨(dú)占式獲取同步狀態(tài)，也可以支持共享式獲取同步狀態(tài)，這樣就可以方便的實(shí)現(xiàn)不同類型的同步組件。
同步器是實(shí)現(xiàn)鎖（也可以是任意同步組件）的關(guān)鍵，在鎖的實(shí)現(xiàn)中聚合同步器，利用同步器實(shí)現(xiàn)鎖的語義。可以這樣理解二者的關(guān)系：鎖是面向使用者，它定義了使用者與鎖交互的接口，隱藏了實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)；同步器是面向鎖的實(shí)現(xiàn)者，它簡化了鎖的實(shí)現(xiàn)方式，屏蔽了同步狀態(tài)的管理，線程的排隊(duì)，等待和喚醒等底層操作。鎖和同步器很好的隔離了使用者和實(shí)現(xiàn)者所需關(guān)注的領(lǐng)域。

AQS的模板方法設(shè)計(jì)模式
AQS的設(shè)計(jì)是使用模板方法設(shè)計(jì)模式，它將一些方法開放給子類進(jìn)行重寫，而同步器給同步組件所提供模板方法又會(huì)重新調(diào)用被子類所重寫的方法。舉個(gè)例子，AQS中需要重寫的方法tryAcquire：

protected boolean tryAcquire(int arg) {throw new UnsupportedOperationException(); }

ReentrantLock中NonfairSync（繼承AQS）會(huì)重寫該方法為：

protected final boolean tryAcquire(int acquires) {return nonfairTryAcquire(acquires); }

而AQS中的模板方法acquire():

public final void acquire(int arg) {if (!tryAcquire(arg) &&acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))selfInterrupt();}

會(huì)調(diào)用tryAcquire方法，而此時(shí)當(dāng)繼承AQS的NonfairSync調(diào)用模板方法acquire時(shí)就會(huì)調(diào)用已經(jīng)被NonfairSync重寫的tryAcquire方法。這就是使用AQS的方式，在弄懂這點(diǎn)后會(huì)lock的實(shí)現(xiàn)理解有很大的提升。可以歸納總結(jié)為這么幾點(diǎn)：

1.同步組件（這里不僅僅值鎖，還包括CountDownLatch等）的實(shí)現(xiàn)依賴于同步器AQS，在同步組件實(shí)現(xiàn)中，使用AQS的方式被推薦定義繼承AQS的靜態(tài)內(nèi)存類；

2.AQS采用模板方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，AQS的protected修飾的方法需要由繼承AQS的子類進(jìn)行重寫實(shí)現(xiàn)，當(dāng)調(diào)用AQS的子類的方法時(shí)就會(huì)調(diào)用被重寫的方法；
3.AQS負(fù)責(zé)同步狀態(tài)的管理，線程的排隊(duì)，等待和喚醒這些底層操作，而Lock等同步組件主要專注于實(shí)現(xiàn)同步語義；
4.在重寫AQS的方式時(shí)，使用AQS提供的getState(),setState(),compareAndSetState()方法進(jìn)行修改同步狀態(tài)

AQS可重寫的方法如下圖（摘自《java并發(fā)編程的藝術(shù)》一書）：

在實(shí)現(xiàn)同步組件時(shí)AQS提供的模板方法如下圖：

AQS提供的模板方法可以分為3類：

獨(dú)占式獲取與釋放同步狀態(tài)；
共享式獲取與釋放同步狀態(tài)；
查詢同步隊(duì)列中等待線程情況；

同步組件通過AQS提供的模板方法實(shí)現(xiàn)自己的同步語義。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的初识Lock与AbstractQueuedSynchronizer(AQS)的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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