AQS的傀儡之Lock锁

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       Java锁的武林纷争中，存在两大阵营。分别是以Synchronized为首的Java内置关键字对象，自动维护锁的持有和释放，还有就是以Lock锁为代表的Java自定义锁。在之前的博文中，帝都的雁已为大家介绍了Synchronized派系的渊源，本文则重点聊聊Lock锁的那些花边新闻。

       Lock锁，是Java并发包下的一个类，其API的使用功能在本文不做介绍，感兴趣的读者可自行阅读源码或查阅相关资料。本文重点介绍Lock锁底层实现原理（仅概括设计原理，源码级别的剖析会在后续文章做更新）。

 

一、AQS(AbstractQueuedSynchronizer)

直译为抽象同步队列。主要封装了Java并发包下很多公共的算法逻辑，而Lock锁本质上来说就是AQS的一个宿主，内部的任何操作都是靠AQS的运转。

AQS中有几大属性，而并发包下很多工具类都是基于AQS的加锁解锁的原理，以及属性的运用来巧妙实现自身业务功能。

1、int state

状态值，用于标识锁的一些信息，AQS底层在通过CAS自旋比较时，就是比较此属性是否发生预期变化；也会记录lock锁重入次数。

2、Node head

AQS阻塞队列中的头节点，也就是存放当前锁持有线程的节点，但这个头节点的很多信息都是空的，主要为了方便GC回收。

3、Node tail

AQS阻塞队列中的尾节点，未抢到锁的线程会放入阻塞队列的末尾。

二、读写锁

Lock锁的创建方式有多种，支持创建读锁ReentrantReadWriteLock.readLock和写锁ReentrantReadWriteLock.writeLock。对于熟悉锁概念的读者一定明白，读读可以共享，其他情况下资源是不会共享的。Lock的读写锁也很好地体现了这一点。

细心的读者在阅读Lock锁源码时发现，无论是哪一种Lock的实现类，内部都会维护一个sync的内部类去继承AbstractQueuedSynchronizer(简称AQS)类，而它加锁和解锁也都是在AQS中实现模板方法。

三、重入锁

Lock lock = new ReentrantLock();

创建的重入锁，支持锁的重入性，即当前线程拿到锁后，遇到这把锁的加锁操作，会进行重入，这也是基于AQS的属性state去做对应的标记。即锁重入一次，state会自增一次。

四、公平锁和非公平锁

Lock锁的实现类ReentrantLock内部在进行对锁支配时，通过内部类Sync操作，这个类有两个子类。

1、非公平锁NonfairSync

ReentrantLock默认创建的就是非公平锁。

当多个线程抢夺锁资源时，不管抢到与否，都会放入到AQS的阻塞队列中（类似于Synchronized的锁池）。只不过抢到锁的线程位于阻塞队列头部，且内容为空。设想，如果当这个线程执行完业务，释放锁时，按照队列原则，队列第二个位置的线程理论上应该获取这把锁，但这时非阻塞队列中的其他线程来了，进行锁资源的抢夺，且抢成功，那么对于排队的线程来说，是不是就不公平了？这就是非公平锁的设计思想。

2、公平锁FairSync

对比非公平锁，公平锁对抢到锁资源的线程做了判断，如果不是阻塞队列头部那个理论上应该获取到锁的线程的话，就会把这个线程阻塞，并放入阻塞队列的末尾，然后继续让头部进行锁资源的抢夺。

五、加锁原理

不管锁是否公平，其加锁和释放锁的操作都是一致的。加锁时，通过CAS比较state是否为预期状态，如果是则设置锁的持有线程，执行业务代码；若不是，则也会在CAS自旋一次，最后通过LockSupport.park去将当前线程阻塞，封装为Node节点，放入AQS的双向链表末尾中等待锁资源。

六、解锁原理

解锁时会判断解锁线程和锁持有线程是否为一个线程，然后将阻塞队列的第二个节点信息向后变更，同时改变锁持有线程的信息，通过LockSupport唤醒锁持有线程。

七、Condition

类似于Synchronized的等待池，是AQS的一个内部类。

Condition condition = lock.newCondition();

lock实现类似sync中的wait和notify方法的工具。

当condition.await()时，会将当前线程放入Condition的单向阻塞列表中，LockSupport阻塞，直到调用condition.signal()才会从阻塞列表中取出LockSupport唤醒。

八、AQS与Lock的关系

Lock锁本质上就是AQS的具体应用，AQS封装了并发包下常见的公共方法，通过对这些方法的重写以及对AQS的属性灵活运用，可以很好地扩展各种业务功能。

九、Lock与Synchronized区别

个人理解，Lock和Synchronized几乎设计的原理以及组件都是类似的。

1、相同点

都有锁的短暂自旋去减少线程阻塞（锁的升级膨胀）。

对于未获取锁的线程，都有一个双向列表存放。

对于主动调用锁对象阻塞方法的线程，都会存放在一个单向链表中。

都支持锁的重入。

2、不同点

Lock的开销是我们自己控制的，使用上更为灵活，而且支持对其功能进行扩展；但Synchronized是内置的关键字，所以其维护依赖于JDK。

锁升级膨胀的具体行为不同，lock没有偏向锁的概念，只会通过CAS自旋比较一次；Synchronized则是在对象头的MarkWord中记录锁的偏向信息，然后通过CAS比较，比较多次之后才会阻塞线程。

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