大白話聊聊Java併發面試問題之談談你對AQS的理解？【石杉的架構筆記】
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一、寫在前面
上一篇文章聊了一下java併發中常用的原子類的原理和Java 8的優化，具體請參見文章：大白話聊聊Java併發面試問題之Java 8如何優化CAS效能？。
這篇文章，我們來聊聊面試的時候比較有殺傷力的一個問題：聊聊你對AQS的理解？
之前有同學反饋，去網際網路公司面試，面試官聊到併發時就問到了這個問題。當時那位同學內心估計受到了一萬點傷害。。。
因為首先，很多人還真的連AQS是什麼都不知道，可能聽都沒聽說過。或者有的人聽說過AQS這個名詞，但是可能連具體全稱怎麼拼寫都不知道。
更有甚者，可能會說：AQS？是不是一種思想？我們平時開發怎麼來用AQS？
總體來說，很多同學估計都對AQS有一種雲裡霧裡的感覺，如果用搜索引擎查一下AQS是什麼？看幾篇文章，估計就直接放棄了，因為密密麻麻的文字，實在是看不懂！
所以，基於上述痛點，咱們這篇文章，就用最簡單的大白話配合N多張手繪圖，給大家講清楚AQS到底是什麼？讓各位同學面試被問到這個問題時，不至於不知所措。
二、ReentrantLock和AQS的關係
首先我們來看看，如果用java併發包下的ReentrantLock來加鎖和釋放鎖，是個什麼樣的感覺？
這個基本學過java的同學應該都會吧，畢竟這個是java併發基本API的使用，應該每個人都是學過的，所以我們直接看一下程式碼就好了：
上面那段程式碼應該不難理解吧，無非就是搞一個Lock物件，然後加鎖和釋放鎖。
你這時可能會問，這個跟AQS有啥關係？關係大了去了！因為java併發包下很多API都是基於AQS來實現的加鎖和釋放鎖等功能的，AQS是java併發包的基礎類。
舉個例子，比如說ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock底層都是基於AQS來實現的。
那麼AQS的全稱是什麼呢？AbstractQueuedSynchronizer，抽象佇列同步器。給大家畫一個圖先，看一下ReentrantLock和AQS之間的關係。
我們來看上面的圖。說白了，ReentrantLock內部包含了一個AQS物件，也就是AbstractQueuedSynchronizer型別的物件。這個AQS物件就是ReentrantLock可以實現加鎖和釋放鎖的關鍵性的核心元件。
三、ReentrantLock加鎖和釋放鎖的底層原理
好了，那麼現在如果有一個執行緒過來嘗試用ReentrantLock的lock()方法進行加鎖，會發生什麼事情呢？
很簡單，這個AQS物件內部有一個核心的變數叫做state，是int型別的，代表了加鎖的狀態。初始狀態下，這個state的值是0。
另外，這個AQS內部還有一個關鍵變數，用來記錄當前加鎖的是哪個執行緒，初始化狀態下，這個變數是null。
接著執行緒1跑過來呼叫ReentrantLock的lock()方法嘗試進行加鎖，這個加鎖的過程，直接就是用CAS操作將state值從0變為1。
如果不知道CAS是啥的，請看上篇文章，大白話聊聊Java併發面試問題之Java 8如何優化CAS效能？
如果之前沒人加過鎖，那麼state的值肯定是0，此時執行緒1就可以加鎖成功。
一旦執行緒1加鎖成功了之後，就可以設定當前加鎖執行緒是自己。所以大家看下面的圖，就是執行緒1跑過來加鎖的一個過程。
其實看到這兒，大家應該對所謂的AQS有感覺了。說白了，就是併發包裡的一個核心元件，裡面有state變數、加鎖執行緒變數等核心的東西，維護了加鎖狀態。
你會發現，ReentrantLock這種東西只是一個外層的API，核心中的鎖機制實現都是依賴AQS元件的。
這個ReentrantLock之所以用Reentrant打頭，意思就是他是一個可重入鎖。
可重入鎖的意思，就是你可以對一個ReentrantLock物件多次執行lock()加鎖和unlock()釋放鎖，也就是可以對一個鎖加多次，叫做可重入加鎖。
大家看明白了那個state變數之後，就知道了如何進行可重入加鎖！
其實每次執行緒1可重入加鎖一次，會判斷一下當前加鎖執行緒就是自己，那麼他自己就可以可重入多次加鎖，每次加鎖就是把state的值給累加1，別的沒啥變化。
接著，如果執行緒1加鎖了之後，執行緒2跑過來加鎖會怎麼樣呢？
我們來看看鎖的互斥是如何實現的？執行緒2跑過來一下看到，哎呀！state的值不是0啊？所以CAS操作將state從0變為1的過程會失敗，因為state的值當前為1，說明已經有人加鎖了！
接著執行緒2會看一下，是不是自己之前加的鎖啊？當然不是了，“加鎖執行緒”這個變數明確記錄了是執行緒1佔用了這個鎖，所以執行緒2此時就是加鎖失敗。
給大家來一張圖，一起來感受一下這個過程：
接著，執行緒2會將自己放入AQS中的一個等待佇列，因為自己嘗試加鎖失敗了，此時就要將自己放入佇列中來等待，等待執行緒1釋放鎖之後，自己就可以重新嘗試加鎖了
所以大家可以看到，AQS是如此的核心！AQS內部還有一個等待佇列，專門放那些加鎖失敗的執行緒！
同樣，給大家來一張圖，一起感受一下：
接著，執行緒1在執行完自己的業務邏輯程式碼之後，就會釋放鎖！他釋放鎖的過程非常的簡單，就是將AQS內的state變數的值遞減1，如果state值為0，則徹底釋放鎖，會將“加鎖執行緒”變數也設定為null！
整個過程，參見下圖：
接下來，會從等待佇列的隊頭喚醒執行緒2重新嘗試加鎖。
好！執行緒2現在就重新嘗試加鎖，這時還是用CAS操作將state從0變為1，此時就會成功，成功之後代表加鎖成功，就會將state設定為1。
此外，還要把“加鎖執行緒”設定為執行緒2自己，同時執行緒2自己就從等待佇列中出隊了。
最後再來一張圖，大家來看看這個過程。
四、總結
OK，本文到這裡為止，基本藉著ReentrantLock的加鎖和釋放鎖的過程，給大家講清楚了其底層依賴的AQS的核心原理。
基本上大家把這篇文章看懂，以後再也不會擔心面試的時候被問到：談談你對AQS的理解這種問題了。
其實一句話總結AQS就是一個併發包的基礎元件，用來實現各種鎖，各種同步元件的。它包含了state變數、加鎖執行緒、等待佇列等併發中的核心元件。
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END
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十餘年BAT架構經驗傾囊相授
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