面试被问AQS、ReentrantLock答不出来?这些知识点让我和面试官聊了半小时!

简介: Java并发编程的核心在于java.concurrent.util包,juc中大多数同步器的实现都围绕了一个公共的行为,比如等待队列、条件队列、独占获取、共享获取等,这个行为的抽象就是基于AbstractQueuedSynchronized(AQS)。AQS定义了多线程访问共享资源的同步器框架。

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并发编程算是Java的一个难点,经常做业务相关的程序员基本上用不到juc的包,但是这些知识点十分重要,所以不管在哪里,时刻保持学习真的很重要。


(一)AQS概述


Java并发编程的核心在于java.concurrent.util包,juc中大多数同步器的实现都围绕了一个公共的行为,比如等待队列、条件队列、独占获取、共享获取等,这个行为的抽象就是基于AbstractQueuedSynchronized(AQS)。AQS定义了多线程访问共享资源的同步器框架。


简单来讲,AQS就好比一个行为准则,而并发包中的大多数同步器在这个准则下实现。

AQS具备以下的几个特性:阻塞等待队列、共享/独占、公平/非公平、可重入、允许中断。


如果你点开JUC发源码,会发现大量同步器的实现,比如:Lock、Latch、Barrier等都基于AQS实现。


(二)几个重要的知识点


在AQS中,我们需要记住几个重要的知识点:


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1、AQS的实现通常是定义内部类Sync继承AQS,将同步器的所有调用都映射到Sync对应的方法上。


2、AQS内部有个属性叫state,表示资源的可用状态。state有三种访问方式getState()、setState()、compareAndSetState()


3、AQS定义了两种资源的共享方式:独占(Exclusive)如ReentrantLock、共享(Share)如Semaphore或CountDownLatch


4、AQS中定义了同步等待队列,用于存放等待线程的一个队列。


这几个知识点会在后面的内容中使用到。


(三)ReentrantLock


我们通过ReentrantLock这个示例来更深入的了解AQS。我会通过上面四个知识点去讲解ReentrantLock中AQS的使用。


1、首先进入ReentrantLock的源码内部,直接就能看到ReentrantLock中定义的内部类Sync


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Sync继承了AQS,按AQS去指定同步规则。


2、既然继承了AQS,ReentrantLock内部也相当于有了state,这个state用来记录上锁的次数,ReentrantLock是个可重入锁,如果多次上锁,state会记录上锁的次数,需要释放同样次数的锁才算把锁释放完。


3、ReentrantLock的资源是独占的,AbstractQueuedSynchronized继承了一个叫AbstractOwnableSynchronizer的抽象类:


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在这个类中,有个变量叫exclusiveOwnerThread,这个变量记录着当前是哪个线程独占了锁。


4、同步等待队列:由于ReentrantLock是个独占的锁,当有一个线程在使用这个锁的时候,其他线程就要到队列中去等待,这个队列是一种基于双向链表的队列(类CLH队列),节点中存放线程信息。


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(四)可重入锁


在介绍AQS时,我们讲到了AQS中有个状态值state,这个值用来判断当前资源的可用状态。可重入锁的意思就是对一个对象可以实现多次加锁,state就用来记录加锁的次数。下面写一段代码:


publicclassReentrantLockTest {
//定义全局的锁对象privatestaticfinalLocklock=newReentrantLock(true);
publicstaticintcount=0;
publicstaticvoidmain(String[] args) {
newThread(newRunnable() {
@Overridepublicvoidrun() {
testlock();
            }
        },"线程A").start();
newThread(newRunnable() {
@Overridepublicvoidrun() {
testlock();
            }
        },"线程B").start();
    }
privatestaticvoidtestlock() {
lock.lock();
count++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"第一次加锁"+count);
lock.lock();
count++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"第二次加锁"+count);
count--;
lock.unlock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"第一次解锁"+count);
count--;
lock.unlock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"第二次解锁"+count);
    }
}

生成两个线程,让他们去执行testlock方法,然后在testlock方法的开始和结束加锁,保证同时只有一个线程可以执行里面的方法。最后的结果是线程有序执行:


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在代码中,我们进行了两次lock,这就是可重入锁。我们通过断点调试,来分析第二次加锁后lock中的值,下面给出了说明。


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(五)公平锁与非公平锁


我们在用构造方法创建ReentrantLock的时候,可以传入一个boolean类型的参数,true或false


privatestaticfinalLocklock=newReentrantLock(true);

这里的true和false代表了创建的ReentrantLock对象是公平锁还是非公平锁


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通过上文的学习,我们知道当有线程在使用锁的时候,其他线程是处于等待队列中的,而一旦锁被释放后,他会去唤醒等待队列中的第一个锁


如果是公平锁,当有新的线程来的时候,他会先去看看等待队列中有没有等待的线程,如果有,则乖乖跑到最后去排队


如果是非公平锁,当有新的线程来的时候,直接看state的状态,如果发现是0,不管等待队列有没有等待的线程,直接去和被唤醒的锁竞争,如果竞争失败了,则乖乖跑到队列最后去排队,否则就直接占有锁。


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