java实现管程之AQS以及ReentrantLock

管程是管理共享变量和对共享变量操作的过程；上文讲解了synchronized在jvm层面实现了MESA管程模型，本文阐述AQS在java层面实现MESA管程模型

AQS是java层面实现管程的同步队列抽象类，抽象类实现管程的同步等待队列和条件等待队列；而加锁和解锁的逻辑由具体的子类实现，只是对外提供模板方法，由程序员自己实现加解锁的逻辑。

AQS特性

阻塞等待队列；共享/独占；公平/非公平；可重入；可中断

AQS内部核心

state变量：是volatile修饰的int类型，能否获取锁就是通过CAS操作设置state变量来控制

同步等待队列：CAS尝试修改state相当于竞争锁，获得锁成功则执行业务逻辑，竞争锁失败则进入同步等待队列并调用LockSupport.park()方法阻塞当前线程，等待其他获得锁的线程调用LockSupport.unpark()方法唤醒该线程并出队；同步等待队列是双向链表结构

条件等待队列：Condition，await()/signal()、signalAll()，阻塞唤醒机制来对线程进行入队出队操作，单向链表结构

Condition接口：await()/signal()、signalAll()

两种共享资源：

SHARED-共享，多个线程可以同时执行，如Semaphore/CountDownLatch

EXCLUSIVE-独占，只有一个线程能执行，如ReentrantLock

中断：线程t1调用lockInterruptibly()方法竞争锁，此时锁已经被t2占有，t1竞争锁失败被阻塞，t2执行完了并调用t1.interrupt()中断线程t1，t1获取锁失败会抛出中断异常，最终执行catch逻辑。

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            log.debug("t1启动...");
            try {
                lock.lockInterruptibly();
                try {
                    log.debug("t1获得了锁");
                } finally {
                    lock.unlock();
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
                log.debug("t1等锁的过程中被中断");
            }
        }, "t1");

        lock.lock();
        try {
            log.debug("main线程获得了锁");
            t1.start();
            Thread.sleep(1000);
            t1.interrupt();
            log.debug("线程t1执行中断");
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

ReentrantLock是基于AQS框架实现的一种线程并发访问的同步手段，它的功能类似与synchronized是一种互斥锁，可以保证线程安全。

ReentrantLock与synchronized优缺点和异同点

1、ReentrantLock实现了公平锁和非公平锁，而synchronized是非公平锁（先进后出的栈结构通过单向链表实现）

2、ReentrantLock可以显示的控制加锁和解锁的逻辑，synchronized基于jvm实现隐示自动加解锁

3、synchronized是不可以被中断的，ReentrantLock是可以被中断的（lockInterruptibly()）

4、ReentrantLock获得锁的方式灵活多变如：lock()，tryLock()，tryLock(time, unit)，lockInterruptibly()，synchronized能修饰方法和代码块。

5、它们都是可重入锁

6、synchronized是基于jvm实现，ReentrantLock是jdk实现的

可重入：thread线程变量记录判断是否同一线程进入，表示可重入

可中断

锁超时：tryLock()--立即超时，tryLock(time, unit)--超时时间

条件变量

ReentrantLock源码执行逻辑跟踪

for (int i = 0; i < 3; i++) {
    Thread thread = new Thread(()->{
        lock.lock();
        try {
            for (int j = 0; j < 10000; j++) {
                sum++;
            }
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    });
    thread.start();
}
Thread.sleep(2000);
System.out.println(sum);

竞争锁的逻辑流程 

当t1和t2都入队以后，t0释放锁，将state设置为0，并将AQS的exclusiveOwnerThread属性设置为null，设置waitStatus为0，并调用LockSupport.unpark(t1)唤醒t1线程

t1唤醒后将thread属性设置为null，然后调用tryLock()方法竞争锁，此时state=0，将AQS的head属性设置为node1，并将node0和node1之间的next和prev属性置为null，相当于将node0剔除，至此t1获得锁。

t2获得锁的流程与t1一样。