春节越来越近了，疫情也越来越严重但挡不住叫练携一家老小回老家（湖北）团聚的冲动。响应国家要求，我们去做核酸检测了。
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独占锁
早上叫练带着一家三口来到了南京市第一医院做核酸检测，护士小姐姐站在医院门口拦着告诉我们人比较多，无论大人小孩，需要排队一个个等待医生采集唾液检测，OK，下面我们用代码+图看看我们一家三口是怎么排队的！
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;
/** * @author ：jiaolian * @date ：Created in 2021-01-22 10:33 * @description：独占锁测试 * @modified By： * 公众号:叫练 */public class ExclusiveLockTest {
private static ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();
private static ReentrantReadWriteLock.WriteLock writeLock = lock.writeLock();
//医院 private static class Hospital {
private String name;
public Hospital(String name) { this.name = name; }
//核酸检测排队测试 public void checkUp() { try { writeLock.lock(); System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在做核酸检测"); //核酸过程...难受... Thread.sleep(3000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { writeLock.unlock(); } } }
public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Hospital hospital = new Hospital("南京市第一医院"); Thread JLWife = new Thread(()->hospital.checkUp(),"叫练妻"); JLWife.start(); //睡眠100毫秒是让一家三口是有顺序的排队去检测 Thread.sleep(100); Thread JLSon = new Thread(()->hospital.checkUp(),"叫练子"); JLSon.start(); Thread.sleep(100); Thread JL = new Thread(()->hospital.checkUp(),"叫练"); JL.start(); }}
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如上代码：在主线程启动三个线程去医院门口排队，女士优先，叫练妻是排在最前面的，中间站的是叫练的孩子，最后就是叫练自己了。我们假设模拟了下核酸检测一次需要３秒。代码中我们用了独占锁，独占锁可以理解成医院只有一个医生，一个医生同时只能为一个人做核酸，所以需要逐个排队检测，所以代码执行完毕一共需要花费９秒，核酸检测就可以全部做完。代码逻辑还是比较简单，和我们之前文章描述 synchronized 同理。核酸排队我们用图描述下吧！
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AQS 全称是 AbstractQueueSynchroniz，意为队列同步器，本质上是一个双向链表，在 AQS 里面每个线程都被封装成一个 Node 节点，每个节点都通过尾插法添加。另外节点还有还封装状态信息，比如是独占的还是共享的，如上面的案例就表示独占 Node，医生他本身是一种共享资源，在 AQS 内部里面叫它 state，用 int 类型表示，线程都会通过 CAS 的方式争抢 state。线程抢到锁了，就自增，没有抢到锁的线程会阻塞等待时机被唤醒。如下图：根据我们理解抽象出来 AQS 的内部结构。
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根据上面描述，大家看 AQS 不就是用 Node 封装线程，然后把线程按照先来后到（非公平锁除外
共享锁
上面我们做核酸的过程是同步执行的，叫独占锁。那共享锁是什么意思呢？现在叫练孩子只有 3 岁，不能独立完成核酸检测，护士小姐姐感同身受，观察叫练子是排在叫练妻后面的，就让他们一起同时做核酸检测。这种同时做核酸的操作，相当于同时去获取医生资源，我们称之为共享锁。下面是我们测试代码。
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;
/** * @author ：jiaolian * @date ：Created in 2021-01-21 19:54 * @description：共享锁测试 * @modified By： * 公众号:叫练 */public class SharedLockTest {
private static ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();
private static ReentrantReadWriteLock.ReadLock readLock = lock.readLock();
//医院 private static class Hospital {
private String name;
public Hospital(String name) { this.name = name; }
//核酸检测排队测试 public void checkUp() { try { readLock.lock(); System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在做核酸检测"); //核酸过程...难受... Thread.sleep(3000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { readLock.unlock(); } } }
public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Hospital hospital = new Hospital("南京市第一医院"); Thread JLWife = new Thread(()->hospital.checkUp(),"叫练妻"); JLWife.start(); //睡眠100毫秒是让一家三口是有顺序的排队去检测 Thread.sleep(100); Thread JLSon = new Thread(()->hospital.checkUp(),"叫练子"); JLSon.start(); /*Thread.sleep(100); Thread JL = new Thread(()->hospital.checkUp(),"叫练"); JL.start();*/ } }
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上面代码我们用 ReentrantReadWriteLock.ReadLock 作为读锁，在主线程启动“叫练妻”和“叫练”两个线程，本来母子俩一共需要 6 秒才能完成的事情，现在只需要 3 秒就可以做完，共享锁好处是效率比较高。如下图，是 AQS 内部某一时刻 Node 节点状态。对比上图，Node 的状态变为了共享状态，这些节点可以同时去共享医生资源！
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synchronized 锁不响应中断
/** * @author ：jiaolian * @date ：Created in 2020-12-31 18:17 * @description：sync不响应中断 * @modified By： * 公众号:叫练 */public class SynchronizedInterrputedTest {
private static class MyService {
public synchronized void lockInterrupt() { try { System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 获取到了锁"); while (true) { //System.out.println(); } } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } }
public static void main(String[] args) throws InterruptedException { MyService myService = new MyService(); //先启动线程A，让线程A先拥有锁 Thread threadA = new Thread(()->{ myService.lockInterrupt(); }); threadA.start(); Thread.sleep(1000); //启动线程B，中断，synchronized不响应中断！ Thread threadB = new Thread(()->{ myService.lockInterrupt(); }); threadB.start(); Thread.sleep(1000); threadB.interrupt(); }}
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如上述代码：先启动 A 线程，让线程 A 先拥有锁，睡眠 1 秒再启动线程 B 是让 B 线程处于可运行状态，隔 1 秒后再中断 B 线程。在控制台输出如下：A 线程获取到了锁，等待 2 秒后控制台并没有立刻输出报错信息，程序一直未结束执行，说明 synchronized 锁不响应中断，需要 B 线程获取锁后才会输出线程中断报错信息！
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AQS 响应中断
经常做比较知识才会融会贯通，在 Lock 提供 lock 和 lockInterruptibly 两种获取锁的方式，其中 lock 方法和 synchronized 是不响应中断的，那下面我们看看 lockInterruptibly 响应中断是什么意思。我们还是用核酸案例说明。
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;
/** * @author ：jiaolian * @date ：Created in 2021-01-22 15:18 * @description：AQS响应中断代码测试 * @modified By： * 公众号:叫练 */public class AQSInterrputedTest {
private static ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();
private static ReentrantReadWriteLock.WriteLock writeLock = lock.writeLock();
//医院 private static class Hospital {
private String name;
public Hospital(String name) { this.name = name; }
//核酸检测排队测试 public void checkUp() { try { writeLock.lockInterruptibly(); System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在做核酸检测"); //核酸过程...难受... Thread.sleep(3000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { writeLock.unlock(); } } }
public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Hospital hospital = new Hospital("南京市第一医院"); Thread JLWife = new Thread(()->hospital.checkUp(),"叫练妻"); JLWife.start(); //睡眠100毫秒是让一家三口是有顺序的排队去检测 Thread.sleep(100); Thread JLSon = new Thread(()->hospital.checkUp(),"叫练子"); JLSon.start(); Thread.sleep(100); Thread JL = new Thread(()->hospital.checkUp(),"叫练"); JL.start(); //等待1秒，中断叫练线程 System.out.println("护士小姐姐想和叫练私聊会!"); Thread.sleep(1000); JL.interrupt(); }}
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如上代码：叫练一家三口采用的是独占锁排队去做核酸，叫练线程等待一秒后，护士小姐姐想和叫练私聊会！莫非小姐姐会有啥想法，于是叫练立刻中断了这次的核酸检测，注意是立刻中断。控制台打印结果如下：叫练妻线程和叫练子线程都做了核酸，但叫练却没有做成功！因为被护士小姐姐中断了，结果如下图所示。所以我们能得出结论，在 aqs 中锁是可以响应中断的。现在如果将上述代码中 lockInterruptibly 方法换成 lock 方法会发生什么情况呢，如果换成这种方式，小姐姐再来撩我，叫练要先成功获取锁，也就说叫练已经到医生旁边准备做核酸了，小姐姐突然说有事找叫练，最终导致叫练没有做核酸，碰上这样的事，只能说小姐姐是存心的，小姐姐太坏了。关于 lock 方法不响应中断的测试大家可以自己测试下。看看我是不是冤枉护士小姐姐了。
我们可以得出结论：在 aqs 中如果一个线程正在获取锁或者处于等待状态，另一个线程中断了该线程，响应中断的意思是该线程立刻中断，而不响应中断的意思是该线程需要获取锁后再中断。
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条件队列
人生或许有那么些不如意。漫长的一个小时排队等待终于过去了，轮到我们准备做核酸了，你说气不气，每次叫练妻出门都带身份证，可偏偏回家这次忘记了？我们用代码看看叫练一家三口在做核酸的过程中到底发生了啥事情？又是怎么处理的！
import java.util.concurrent.locks.Condition;import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;
/** * @author ：jiaolian * @date ：Created in 2021-01-22 16:10 * @description：条件队列测试 * @modified By： * 公众号:叫练 */public class ConditionTest {
private static ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();
private static ReentrantReadWriteLock.WriteLock writeLock = lock.writeLock();
//条件队列 private static Condition condition = writeLock.newCondition();
//医院 private static class Hospital {
private String name;
public Hospital(String name) { this.name = name; }
//核酸检测排队测试 public void checkUp(boolean isIdCard) { try { writeLock.lock(); validateIdCard(isIdCard); System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在做核酸检测"); //核酸过程...难受... Thread.sleep(3000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { writeLock.unlock(); System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"核酸检测完成"); } }
//校验身份信息; private void validateIdCard(boolean isIdCard) { //如果没有身份信息，需要等待 if (!isIdCard) { try { System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"忘记带身份证了"); condition.await(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }
//通知所有等待的人 public void singleAll() { try { writeLock.lock(); condition.signalAll(); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } finally { writeLock.unlock(); } }
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Hospital hospital = new Hospital("南京市第一医院"); Thread.currentThread().setName("护士小姐姐线程"); Thread JLWife = new Thread(()->{ hospital.checkUp(false); },"叫练妻"); JLWife.start(); //睡眠100毫秒是让一家三口是有顺序的排队去检测 Thread.sleep(100); Thread JLSon = new Thread(()->hospital.checkUp(true),"叫练子"); JLSon.start(); Thread.sleep(100); Thread JL = new Thread(()->{ hospital.checkUp(true); },"叫练"); JL.start(); //等待叫练线程执行完毕 JL.join(); hospital.singleAll(); }
}
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如上代码：一家人获取独占锁需要排队检测，叫练妻先进去准备核酸，护士小姐姐说先要刷身份证才能进去，叫练妻突然回想起来，出门走得急身份证忘记带了，这可咋办，需要重新排队吗？叫练妻很恐慌，护士小姐姐说，要不这样吧，你先赶紧回家拿，等叫练子，叫练先检测完，我就赶紧安排你进去在做核酸，那样你就不需要重新排队了，这就是上述这段代码的表达意思。我们看看执行结果如下图，和我们分析的结果一致，下图最后画红圈的地方叫练妻最后完成核酸检测。下面我们看看 AQS 内部经历的过程。
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如下图，当叫练妻先获取锁，发现身份证忘带调用 await 方法会释放持有的锁，并把自己当做 node 节点放入条件队列的尾部，此时条件队列为空，所以条件队列中只有叫练妻一个线程在里面，接着护士小姐姐会将核酸医生这个资源释放分配给下一个等待者，也就是叫练子线程，同理，叫练子执行完毕释放锁之后会唤醒叫练线程，底层是用 LockSupport.unpark 来完成唤醒的的操作，相当于基础系列里的 wait/notify/notifyAll 等方法。当叫练线程执行完毕，后面没有线程了，护士小姐姐调用 singleAll 方法会见条件队列的叫练妻线程唤醒，并加入到 AQS 的尾部，等待执行。其中条件队列是一个单向链表，一个 AQS 可以通过 newCondition()对应多个条件队列。这里我们就不单独用代码做测试了。
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总结
今天我们用代码+图片+故事的方式说明了 AQS 重要的几个概念，整理出来希望能对你有帮助，写的比不全，同时还有许多需要修正的地方，希望亲们加以指正和点评，年前这段时间会继续输出实现 AQS 高级锁，如：ReentrantLock，线程池这些概念等。最后喜欢的请点赞加关注哦。我是叫练【公众号】，边叫边练。
注意：本故事是自己虚构出来的，仅供大家参考理解。希望大家过年都能顺利回家团聚！
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