Java 基於AQS實現自定義同步器的示例

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一、AQS-條件變量的支持

在如下代碼中，當另外一個線程調用條件變量的signal方法的時候（必須先調用鎖的lock方法獲取鎖），在內部會把條件隊列裡面隊頭的一個線程節點從條件隊列裡面移除並且放入AQS的阻塞隊列裡面，然後激活這個線程。

public final void signal() {
 if(!isHeldExclusively()) {
  throw IllegalMonitorException();
 }
 Node first = firstWaiter;
 if(first != null){
  // 將條件隊列頭元素移動到AQS隊列
  doSignal(first);
 }
}
  • 需要註意的是，AQS提供瞭ConditionObject的實現，並沒有提供newCondition函數，該函數用來new一個ConditionObject對象，需要由AQS的子類來提供newConditon函數
  • 下面來看當一個線程調用條件變量的await()方法而被阻塞後，如何將其放入條件隊列
private Node addConditionWaiter() {
 Node t = lastWaiter;
 ...
 // (1)
 Node node = new Node(Thread.currentThread(),Node.CONDITION);
 // (2)
 if(t == null){
  firstWaiter = node;
 }else {
  t.nextWaiter = node; // (3)
 }
 lastWaiter = node; // (4)
 return node;
}
  • 代碼（1）首先根據根據當前線程創建瞭一個類型為Node.CONDITION的節點，然後通過代碼（2），（3），（4）在單向隊列尾部插入一個元素
  • 註意：當多個線程同時調用lock.lock()方法獲取鎖時，隻有一個線程獲取到瞭鎖，其他線程會被轉換為Node節點插入到lock鎖對應的AQS阻塞裡面，並且做自旋CAS嘗試獲取鎖
  • 如果獲取到瞭鎖的線程又調用對應條件變量的await()方法，則該線程會釋放獲取到的鎖，並被轉化為Node節點插入到條件變量對應的條件隊列裡面
  • 這時候因為調用lock.lock()方法被阻塞到AQS隊列裡面的一個線程會獲取到被釋放的鎖，如果該線程也調用瞭條件變量的await()方法則該線程也會被放入條件變量的條件隊列裡面
  • 當另外一個線程調用條件變量的signal()或者signalAll()方法的時候，會把條件隊列裡面的一個或者全部Node節點移動到AQS的阻塞隊列裡面，等待時機獲取鎖。
  • 最後使用一個圖總結：一個鎖對應一個AQS阻塞隊列，對應多個條件變量，每個條件變量有自己的一個條件隊列。

二、基於AQS實現自定義同步器

  • 基於AQS實現一個不可重入的鎖，自定義AQS需要重寫一系列的函數，還需要定義原子變量state的含義，在這裡我們定義state為0表示目前鎖沒有被線程持有，state為1表示所已經被某一個線程持有，由於是不可重入鎖，所以不需要記錄持有鎖的線程獲取鎖的次數，另外，我們自定義的鎖支持條件變量。
  • 下面來看一下代碼實現
package com.ruigege.LockSourceAnalysis6;

import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;

public class NonReentrantLockME implements Lock,java.io.Serializable{
 // 內部幫助類
 private static class Sync extends AbstractQueueSynchronizer {
  // 是否鎖已經被持有
  protected boolean isHeldExclusively() {
   return getState() == 1;
  }
  
  // 如果state為0，則嘗試獲取鎖
  public boolean tryAcquire(int acquires) {
   assert acquires == 1;
   if(compareAndSetState(0,1)) {
    setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
    return true;
   }
   return false;
  }
  
  // 嘗試釋放鎖，設置state為0
  protected boolean tryRelease(int release) {
   assert releases == 1;
   if(getState() == 0) {
    throw new IllegalMonitorStateException();
   }
   setExclusiveOwnerThread(null);
   setState(0);
   return true;
  }
  
  // 提供條件變量接口
  Condition newConditon() {
   return new ConditionObject();
  }
 }
 
 // 創建一個Sync來做具體的工作
 private final Sync sync = new Sync();
 
 public void lock() {
  sync.acquire(1);
 }
 
 public boolean tryLock() {
  return sync.tryAcquire(1);
 }
 
 public void unlock() {
  sync.release(1);
  
 }
 public Condition newCondition() {
  return sync.newConditon();
 }
 
 public boolean isLocked() {
  return sync.isHeldExclusively();
 }
 
 public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {
  sync.acquireInterruptibly(1);
 }

 public boolean tryLock(long timeout,TimeUnit unit) throws InterruptedException {
  return sync.tryAcquireNanos(1,unit.toNanos(timeout));
 }
}

如上面的代碼，NonReentrantLock定義瞭一個內部類Sync用來實現具體的鎖的操作，Sync則繼承瞭AQS ，由於我們實現的獨占模式的鎖，所以Sync重寫瞭tryAcquire\tryRelease和isHeldExclusively3個方法，另外Sync提供瞭newCondition這個方法用來支持條件變量。

三、源碼：

所在包：com.ruigege.ConcurrentListSouceCodeAnalysis5

https://github.com/ruigege66/ConcurrentJava

以上就是Java 基於AQS實現自定義同步器的示例的詳細內容，更多關於Java 基於AQS實現自定義同步器的資料請關註WalkonNet其它相關文章！

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