AQS实现ReentrantLock和CountLatchDown详解

蔚落 2022-12-11 13:58 145阅读 0赞

前言：AQS看懂了，来了解一下ReentrantLock、CountLatchDown大概的实现原理，看这篇文章之前需要把AQS了解清楚，如果不了解可以去看[https://blog.csdn.net/q610376681/article/details/108917792][https_blog.csdn.net_q610376681_article_details_108917792]。

参考：[https://blog.csdn.net/Mutou\_ren/article/details/103827337][https_blog.csdn.net_Mutou_ren_article_details_103827337]

**目录**

第一章 基于AQS实现ReentrantLock

1.1 lock

1.2 unlock

第二章 基于AQS实现CountLatchDown

1.1 await

1.2 countDown

第三章 ReentrantLock和booleanlock

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# 第一章 基于AQS实现ReentrantLock #

在ReentrantLock中依靠一个state来表示锁的状态，当state为0表示没有线程获取了锁，当state>0表示有线程获取了锁，数值如果为2表示有线程重入了一次锁，以此类推等等。

private volatile int state;

## 1.1 lock ##

在加锁时先尝试用CAS将状态改为1，如果变为了1，则加锁成功，如果并没有改变成功，则尝试获取资源。

final void lock() {
                if (compareAndSetState(0, 1))
                    setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
                else
                    acquire(1);
            }

可以看到，流程就转到了AQS非公平锁的获取环节，这里我们不再赘述非公平锁的上锁流程，主要说一下ReentrantLock实现的tryAcquire。

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

可以看到，如果状态是0，则用CAS尝试更改状态为1，如果更改成功则获取到锁，如果当前线程已持有锁，则将状态加1，若以上都不满足，则返回获取锁失败。

final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
                final Thread current = Thread.currentThread();
                int c = getState();
                if (c == 0) {
                    if (compareAndSetState(0, acquires)) {
                        setExclusiveOwnerThread(current);
                        return true;
                    }
                }
                else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
                    int nextc = c + acquires;
                    if (nextc < 0) // overflow
                        throw new Error("Maximum lock count exceeded");
                    setState(nextc);
                    return true;
                }
                return false;
            }

## 1.2 unlock ##

在解锁函数中调用了unlock，unlock调用了release，这里不再对阻塞流程进行说明，主要分析一下tryRelease。

public void unlock() {
            sync.release(1);
        }
    
    public final boolean release(int arg) {
            if (tryRelease(arg)) {
                Node h = head;
                if (h != null && h.waitStatus != 0)
                    unparkSuccessor(h);
                return true;
            }
            return false;
        }

在资源的释放函数中， 如果当前线程没获得锁则抛出异常，如果获取了锁则将状态值减一，如果减完后状态值变成了0，则表示已没有线程获得锁，并返回释放资源成功，如果没变成0，则返回释放资源失败。

protected final boolean tryRelease(int releases) {
                int c = getState() - releases;
                if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
                    throw new IllegalMonitorStateException();
                boolean free = false;
                if (c == 0) {
                    free = true;
                    setExclusiveOwnerThread(null);
                }
                setState(c);
                return free;
            }

# 第二章 基于AQS实现CountLatchDown #

先看一下CountLatchDown的使用，这个我懒得敲了，直接复制这位博主的了，[https://blog.csdn.net/Mutou\_ren/article/details/103827337][https_blog.csdn.net_Mutou_ren_article_details_103827337]，大概看一下就行。

这个类的作用大致就是创建CountLatchDown时传入一个数值假设为a，调用await会阻塞调用的线程，当调用a次countDown()函数后，被阻塞的线程恢复执行。

状态值表示的是还有几个在运行的线程，每运行完一个线程调用一次countDown使状态值减一，当状态值被减成0的时候，被阻塞的线程恢复运行。

public class TestCountDownLatch {
    
        public static CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(3);
    
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
            for (int i=0;i<3;i++){
                new Thread(new Task()).start();
            }
            System.out.println("线程启动结束，主线程进入等待状态");
            countDownLatch.await();
            System.out.println("主线程结束");
        }
    }
    
    class Task implements Runnable{
        @Override
        public void run() {
            try {
                Thread.sleep(1000);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" task ");
                TestCountDownLatch.countDownLatch.countDown();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

## 1.1 await ##

大致就是调用await会去请求共享资源，根据状态值是否为0来决定是否能获取到资源，当状态值为0时获取资源成功，如果请求共享资源失败则阻塞线程。

public void await() throws InterruptedException {
            sync.acquireSharedInterruptibly(1);
        }
    
    public final void acquireSharedInterruptibly(int arg)
                throws InterruptedException {
            if (Thread.interrupted())
                throw new InterruptedException();
            if (tryAcquireShared(arg) < 0)
                doAcquireSharedInterruptibly(arg);
        }
    
    protected int tryAcquireShared(int acquires) {
                return (getState() == 0) ? 1 : -1;
            }
    
    
    private void doAcquireSharedInterruptibly(int arg)
            throws InterruptedException {
            final Node node = addWaiter(Node.SHARED);
            boolean failed = true;
            try {
                for (;;) {
                    final Node p = node.predecessor();
                    if (p == head) {
                        int r = tryAcquireShared(arg);
                        if (r >= 0) {
                            setHeadAndPropagate(node, r);
                            p.next = null; // help GC
                            failed = false;
                            return;
                        }
                    }
                    if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                        parkAndCheckInterrupt())
                        throw new InterruptedException();
                }
            } finally {
                if (failed)
                    cancelAcquire(node);
            }
        }

## 1.2 countDown ##

可以看到当调用countDown的时候，状态值将会被减一，如果减完后状态值为0，则返回true表示释放成功，

public void countDown() {
            sync.releaseShared(1);
        }
    
    public final boolean releaseShared(int arg) {
            if (tryReleaseShared(arg)) {
                doReleaseShared();
                return true;
            }
            return false;
        }
    
    protected boolean tryReleaseShared(int releases) {
                // Decrement count; signal when transition to zero
                for (;;) {
                    int c = getState();
                    if (c == 0)
                        return false;
                    int nextc = c-1;
                    if (compareAndSetState(c, nextc))
                        return nextc == 0;
                }
            }

释放成功后则会调用doReleaseShared唤醒后面的线程。

private void doReleaseShared() {
            for (;;) {
                Node h = head;
                if (h != null && h != tail) {
                    int ws = h.waitStatus;
                    if (ws == Node.SIGNAL) {
                        if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0))
                            continue;            // loop to recheck cases
                        unparkSuccessor(h);
                    }
                    else if (ws == 0 &&
                             !compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE))
                        continue;                // loop on failed CAS
                }
                if (h == head)                   // loop if head changed
                    break;
            }
        }

# 第三章 ReentrantLock和booleanlock #

在这里说一下booleanlock，这个是我看Java高并发编程详解看到的，它用wait和notify比较简短的代码实现了ReentrantLock的功能，而ReentrantLock的实现是基于AQS的，正常情况下面试官问ReentrantLock的实现原理都是在问基于AQS的那种，关于booleanlock使用wait和notify实现的ReentrantLock感兴趣的可以参考：

[https://blog.csdn.net/q610376681/article/details/107755183][https_blog.csdn.net_q610376681_article_details_107755183]   3.1章

[https_blog.csdn.net_q610376681_article_details_108917792]: https://blog.csdn.net/q610376681/article/details/108917792
[https_blog.csdn.net_Mutou_ren_article_details_103827337]: https://blog.csdn.net/Mutou_ren/article/details/103827337
[https_blog.csdn.net_q610376681_article_details_107755183]: https://blog.csdn.net/q610376681/article/details/107755183