您好,我是湘王,这是我的慕课手记,欢迎您来,欢迎您再来~
之前说过,AQS(抽象队列同步器)是Java锁机制的底层实现。既然它这么优秀,是骡子是马,就拉出来溜溜吧。
首先用重入锁来实现简单的累加,就像这样:
/** * 用重入锁实现累加 * * @author 湘王 */ public class MyLockTest { private final Lock lock = new ReentrantLock(); private int value; public int getNext() { lock.lock(); try { value++; } finally { lock.unlock(); } return value; } public static void main(String[] args) { MyLockTest myLock = new MyLockTest(); for (int i = 0; i < 5; i++) { new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { for (int i = 0; i < 5; i++) { System.out.println(myLock.getNext()); } } }).start(); } } }
运行结果显示数据有重复:
这么简单的计算都能出现重复,这肯定是无法接受的。
再用独占锁来试试看:
/** * 利用AQS实现自定义独占锁 * * @author 湘王 */ public class MyExclusiveLock implements Lock { @Override public void lock() { } @Override public void lockInterruptibly() throws InterruptedException { } @Override public boolean tryLock() { return false; } @Override public boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException { return false; } @Override public void unlock() { } @Override public Condition newCondition() { return null; } }
可以看到,实现lock接口,就需要实现若干自定义的接口。然后以内部类继承AQS的方式,实现排他锁,昨天也说过,AQS中tryAcquire()和tryRelease()是一一对应的,也就是也管获取,一个管释放,所以代码是:
/** * 内部类继承AQS的方式,实现排他锁 */ private static class SyncHelper extends AbstractQueuedSynchronizer { private static final long serialVersionUID = -7666580981453962426L; /** * 第一个线程进来,拿到锁就返回true;后面的线程进来,拿不到锁就返回false */ @Override protected boolean tryAcquire(int arg) { // 获取资源状态 int state = getState(); if (0 == state) {// 如果没有线程拿到资源的锁 if (compareAndSetState(0, arg)) { // 保存当前持有同步锁的线程 setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread()); return true; } } else if (Thread.currentThread() == getExclusiveOwnerThread()) { // 如果当前线程再次进来,state + 1,可重入 // 如果这里没有这个判断,那么程序会卡死 setState(state + arg); return true; } return false; } /** * 锁的获取和释放需要一一对应 */ @Override protected boolean tryRelease(int arg) { // 获取资源状态 int state = getState(); // 返回最后一个通过setExclusiveOwnerThread()方法设置过的线程,或者null if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread()) { throw new RuntimeException(); } setState(state - arg); if (0 == state) { setExclusiveOwnerThread(null); return true; } return false; } protected Condition newCondition() { return new ConditionObject(); } }
然后再用AQS实现lock接口的方法:
/** * 利用AQS实现自定义独占锁 * * @author 湘王 */ public class MyExclusiveLock implements Lock { private final SyncHelper synchepler = new SyncHelper(); @Override public void lock() { synchepler.acquire(1); } @Override public void lockInterruptibly() throws InterruptedException { synchepler.acquireInterruptibly(1); } @Override public boolean tryLock() { return synchepler.tryAcquire(1); } @Override public boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException { return synchepler.tryAcquireNanos(1, unit.toNanos(time)); } @Override public void unlock() { synchepler.release(1); } @Override public Condition newCondition() { return synchepler.newCondition(); } /** * 内部类继承AQS的方式,实现排他锁 */ private static class SyncHelper extends AbstractQueuedSynchronizer { private static final long serialVersionUID = -7666580981453962426L; /** * 第一个线程进来,拿到锁就返回true;后面的线程进来,拿不到锁就返回false */ @Override protected boolean tryAcquire(int arg) { // 获取资源状态 int state = getState(); if (0 == state) {// 如果没有线程拿到资源的锁 if (compareAndSetState(0, arg)) { // 保存当前持有同步锁的线程 setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread()); return true; } } else if (Thread.currentThread() == getExclusiveOwnerThread()) { // 如果当前线程再次进来,state + 1,可重入 // 如果这里没有这个判断,那么程序会卡死 setState(state + arg); return true; } return false; } /** * 锁的获取和释放需要一一对应 */ @Override protected boolean tryRelease(int arg) { // 获取资源状态 int state = getState(); // 返回最后一个通过setExclusiveOwnerThread()方法设置过的线程,或者null if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread()) { throw new RuntimeException(); } setState(state - arg); if (0 == state) { setExclusiveOwnerThread(null); return true; } return false; } protected Condition newCondition() { return new ConditionObject(); } } }
然后再运行测试:
/** * 实现Lock接口方法并运行排他锁测试 * * @author 湘王 */ public class MyExclusiveLockTester { // 用自定义AQS独占锁实现 private Lock lock = new MyExclusiveLock(); private int value; public int accmulator() { lock.lock(); try { ++value; } finally { lock.unlock(); } return value; } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { MyExclusiveLockTester test = new MyExclusiveLockTester(); for (int i = 0; i < 5; i++) { new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { for (int i = 0; i < 5; i++) { System.out.println(test.accmulator()); } } }).start(); } } }
可以看到,结果无论怎么样都不会再重复了。
这个只是简单的累加,接下来用AQS来实现一个实际的生活场景。比如周末带女票或男票去步行街吃饭,这时候人特别多,需要摇号,而且一次只能进去三张号(不按人头算,按叫到的号来算),该怎么实现呢?
可以顺着这个思路:摇号机虽有很多号,但它本质上是个共享资源,很多人可以共享,但是每次共享的数量有限。这其实就是个可以指定数量的共享锁而已。
既然有了思路,那接下来就好办了。
/** * 利用AQS实现自定义共享锁 * * @author 湘王 */ public class MyShareLock implements Lock { @Override public void lock() { } @Override public void lockInterruptibly() throws InterruptedException { } @Override public boolean tryLock() { return false; } @Override public boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException { return false; } @Override public void unlock() { } @Override public Condition newCondition() { return null; } }
还是一样实现Lock接口,但这次是用AQS实现共享锁。
/** * 内部类继承AQS实现共享锁 * */ private static class SyncHelper extends AbstractQueuedSynchronizer { private static final long serialVersionUID = -7357716912664213942L; /** * count表示允许几个线程能同时获得锁 */ public SyncHelper(int count) { if (count <= 0) { throw new IllegalArgumentException("锁资源数量必须大于0"); } // 设置资源总数 setState(count); } /** * 一次允许多少个线程进来,允许数量的线程都能拿到锁,其他的线程进入队列 */ @Override protected int tryAcquireShared(int acquires) { // 自旋 for (;;) { int state = getState(); int remain = state - acquires; // 判断剩余锁资源是否已小于0或者CAS执行是否成功 if (remain < 0 || compareAndSetState(state, remain)) { return remain; } } } /** * 锁资源的获取和释放要一一对应 */ @Override protected boolean tryReleaseShared(int releases) { // 自旋 for (;;) { // 获取当前state int current = getState(); // 释放状态state增加releases int next = current + releases; if (next < current) {// 溢出 throw new Error("Maximum permit count exceeded"); } // 通过CAS更新state的值 // 这里不能用setState() if (compareAndSetState(current, next)) { return true; } } } protected Condition newCondition() { return new ConditionObject(); } }
然后再来改造之前实现的接口:
/** * 利用AQS实现自定义共享锁 * * @author 湘王 */ public class MyShareLock implements Lock { public static int count; private final SyncHelper synchepler = new SyncHelper(count); @Override public void lock() { synchepler.acquireShared(1); } @Override public void lockInterruptibly() throws InterruptedException { synchepler.acquireSharedInterruptibly(1); } @Override public boolean tryLock() { return synchepler.tryAcquireShared(1) > 0; } @Override public boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException { return synchepler.tryAcquireSharedNanos(1, unit.toNanos(time)); } @Override public void unlock() { synchepler.releaseShared(1); } @Override public Condition newCondition() { return synchepler.newCondition(); } /** * 内部类继承AQS实现共享锁 * */ private static class SyncHelper extends AbstractQueuedSynchronizer { private static final long serialVersionUID = -7357716912664213942L; /** * count表示允许几个线程能同时获得锁 */ public SyncHelper(int count) { if (count <= 0) { throw new IllegalArgumentException("锁资源数量必须大于0"); } // 设置资源总数 setState(count); } /** * 一次允许多少个线程进来,允许数量的线程都能拿到锁,其他的线程进入队列 */ @Override protected int tryAcquireShared(int acquires) { // 自旋 for (;;) { int state = getState(); int remain = state - acquires; // 判断剩余锁资源是否已小于0或者CAS执行是否成功 if (remain < 0 || compareAndSetState(state, remain)) { return remain; } } } /** * 锁资源的获取和释放要一一对应 */ @Override protected boolean tryReleaseShared(int releases) { // 自旋 for (;;) { // 获取当前state int current = getState(); // 释放状态state增加releases int next = current + releases; if (next < current) {// 溢出 throw new Error("Maximum permit count exceeded"); } // 通过CAS更新state的值 // 这里不能用setState() if (compareAndSetState(current, next)) { return true; } } } protected Condition newCondition() { return new ConditionObject(); } } }
接下来就该测试咱们需要的效果是否能实现了:
public class MyShareLockTester { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { // 用自定义AQS共享锁实现 // 一次允许发放三把锁 MyShareLock.count = 3; final Lock lock = new MyShareLock(); // 模拟20个客户端访问 for (int i = 0; i < 20; i++) { new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { try { lock.lock(); System.out.println("持有 " + Thread.currentThread().getName() + " 的客人可以进餐厅就餐"); // 每两次叫号之间间隔一段时间,模拟真实场景 Thread.sleep(3000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { // 使用完成释放锁 lock.unlock(); } } }).start(); } } }
这里有20个号,每次只能发放3张,运行之后就可以看到确实如此。
AQS是个很神奇也很好玩的东西,就像它的作者(也是除了高司令就是对Java影响最大的那个人,整个Java的多线程juc包代码就是他编写的)Doug Lea在AbstractQueuedSynchronizer的注释中所说:AQS只是一个框架,至于怎么玩,就是你的事了!
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