Java利用AQS实现自定义锁

在Java中，我们可以使用synchronized关键字或者Lock接口来进行锁的控制。但是，如果我们需要更加精细化地控制锁的获取和释放，那么可以自定义一个锁。本文介绍如何通过AQS（AbstractQueuedSynchronizer）来实现自定义锁。

AQS简介

AQS是一个抽象的同步器，它被Lock接口中的具体实现所使用，比如ReentrantLock和Semaphore等。AQS使用一个FIFO队列来管理等待线程，通过acquire()和release()方法来实现线程对资源的获取和释放。这两个方法分别对应着独占和共享模式下的操作。

自定义锁实现

自定义锁需要继承AQS，并实现其中的抽象方法。以独占模式为例，下面是一个简单的自定义锁的实现：

import java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer;

public class MyLock extends AbstractQueuedSynchronizer {

    protected boolean tryAcquire(int arg) {
        if (getState() == 0) {
            // 状态值为0时可以获取锁
            if (compareAndSetState(0, arg)) {
                setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

    protected boolean tryRelease(int arg) {
        if (getState() == 0) {
            throw new IllegalMonitorStateException();
        }
        setExclusiveOwnerThread(null);
        setState(0);
        return true;
    }
}

在这个实现中，我们只实现了独占模式下的获取和释放锁。tryAcquire()方法是获取锁的方法，它首先判断锁的状态是否为0，如果是，则修改状态并将当前线程设置为独占线程。tryRelease()方法是释放锁的方法，它将状态设置为0，并将独占线程设置为空。

示例说明

示例一

下面是一个使用MyLock的示例：

import java.util.concurrent.locks.Lock;

public class MyLockTest {

    private final Lock lock = new MyLock();

    public void test() {
        lock.lock();
        try {
            // 操作共享资源
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

在这个示例中，使用MyLock来保护共享资源的操作，使用lock.lock()获取锁，并在finally中使用lock.unlock()释放锁。

示例二

下面是另一个使用MyLock的示例，它演示了自旋等待的实现方式：

import java.util.concurrent.locks.LockSupport;

public class SpinLockTest {

    private static final MyLock lock = new MyLock();

    private static int count = 0;

    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            lock.lock();
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获得锁");
                while (count < 10) {
                    Thread.sleep(1000);
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "执行任务" + count++);
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        });

        Thread t2 = new Thread(() -> {
            while (!lock.tryLock()) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "自旋等待锁");
                LockSupport.parkNanos(1000000L);
            }
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获得锁");
                while (count < 20) {
                    Thread.sleep(1000);
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "执行任务" + count++);
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        });

        t1.start();
        t2.start();
    }
}

在这个示例中，我们创建了两个线程t1和t2，并使用MyLock来保护共享资源count的操作。t1线程先获得锁执行任务，t2线程则采用自旋等待的方式来获得锁。在自旋等待的过程中，线程通过LockSupport.parkNanos()方法阻塞一段时间，避免CPU空转。当可以获取锁时，t2线程才进入任务执行阶段。

总结

通过AQS来实现自定义锁，可以更加灵活地控制锁的获取和释放。但是，自定义锁的实现需要谨慎，需要考虑各种并发情况，以确保代码的正确性和性能。