[Java知识库]学完AQS源码自己实现一个锁

前几天学习了AQS源码为了加深印象今天来基于AQS自己实现一个锁

1.基于AQS实现不可重入的锁

之前我们学习了AQS的源码，了解到了自定义AQS需要实现重写一系列函数，还需要定义原子变量state的含义。

下文我们自己实现一个锁，定义state为0表示锁没有被线程持有，state为1表示锁已经被某一个线程持有，由于是不可重入锁，所以不需要记录持有锁的线程获取锁的次数，另外，我们自定义的锁支持条件变量，因为我们要实现生产者——消费者模型

class NonReentrantLock implements Lock, Serializable {
    //实现AQS
    private static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
        //是否锁被占有
        @Override
        protected boolean isHeldExclusively() {
            return getState() == 1;
        }

        //如果state为0，则尝试获取锁
        @Override
        protected boolean tryAcquire(int acquires) {
            assert acquires == 1;
            if (compareAndSetState(0, 1)) {
                //CAS成功则将当前线程设置获取到锁
                setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
                return true;
            }
            return false;
        }

        //尝试释放锁，将state改为1
        @Override
        protected boolean tryRelease(int releases) {
            assert releases == 1;
            if (getState() == 0)
                throw new IllegalMonitorStateException();
            setExclusiveOwnerThread(null);
            setState(0);
            return true;
        }

        //提供条件变量接口
        Condition newCondition() {
            return new ConditionObject();
        }
    }

    //创建一个Sync来做具体的工作
    private final Sync sync = new Sync();

    @Override
    public void lock() {
        sync.acquire(1);
    }

    @Override
    public boolean tryLock() {
        return sync.tryAcquire(1);
    }

    @Override
    public void unlock() {
        sync.release(1);
    }

    @Override
    public Condition newCondition() {
        return sync.newCondition();
    }

    public boolean isLocked() {
        return sync.isHeldExclusively();
    }

    @Override
    public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {
        sync.acquireInterruptibly(1);
    }

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

在如上代码中，NonReentrantLock定义了一个内部类Sync用来实现具体的锁的操作，Sync则继承了AQS，由于我们实现的是独占模式的锁，所以Sync重写了tryAcquire、tryRelease和isHeldExclusively三个方法，另外Sync提供了newCondition这个方法用来支持条件变量

2.使用自定义锁实现生产者—消费者模型

public class AQSDemo {
    final static NonReentrantLock lock = new NonReentrantLock();
    final static Condition notFull = lock.newCondition();
    final static Condition notEmpty = lock.newCondition();

    final static Queue<String> queue = new LinkedBlockingQueue<>();
    final static int queueSize = 10;

    public static void main(String[] args) {
        Thread producer = new Thread(() -> {
            lock.lock();
            try {
                //如果队列满了则等待
                while (queue.size() == queueSize) {
                    notEmpty.await();
                }
                //添加元素到队列
                queue.add("ele");
                //唤醒消费者线程
                notFull.signalAll();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        });
        Thread consumer = new Thread(() -> {
            lock.lock();
            try {
                //如果队列满了则等待
                while (queue.size() == 0) {
                    notFull.await();
                }
                //消费队列
                queue.poll();
                //唤醒生产线程
                notEmpty.signalAll();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        });
        producer.start();
        consumer.start();
    }
}

如上代码首先创建了一个NonReentrantLock的一个对象Lock，然后调用lock.newCondition创建了两个条件变量，用来进行生产者和消费者线程之间的同步。

在main函数里面，首先创建了生产者线程，在线程内部先调用lock.lock()获取独占锁，然后判断当前队列是否已经满了，如果满了掉用notEmpty.await()阻塞挂起当前线程。需要注意的是，这里使用while而不是if是为了避免虚假唤醒，如果队列不满则直接向队列里面添加元素，然后调用notFull.signalAll()唤醒所有因为消费元素而被阻塞的消费线程，最后释放获取的锁。