AQS面试题总结

一：线程等待唤醒的实现方法

方式一：使用Object中的wait()方法让线程等待，使用Object中的notify()方法唤醒线程

必须都在synchronized同步代码块内使用，调用wait，notify是锁定的对象；
notify必须在wait后执行才能唤醒；

public class LockSupportDemo1 {
  public static void main(String[] args) {
    Object objectLock = new Object();
    /**
     * t1	 -----------come in
     * t2	 -----------发出通知
     * t1	 -------被唤醒
     */
    new Thread(() -> {
        synchronized (objectLock) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t -----------come in");
            try {
                objectLock.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t -------被唤醒");
        }
    }, "t1").start();

    try {
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }

    new Thread(() -> {
        synchronized (objectLock) {
            objectLock.notify();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t -----------发出通知");
        }

    }, "t2").start();
 }
}

方式二：使用JUC包中的Condition的await()方法让线程等待，使用signal()方法唤醒线程

必须在lock同步代码块内使用；
signal必须在await后执行才能唤醒；

public class LockSupportDemo2 {
  public static void main(String[] args) {
    Lock lock = new ReentrantLock();
    Condition condition = lock.newCondition();
    new Thread(() -> {
        lock.lock();
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t -----------come in");
            condition.await();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t -----------被唤醒");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }, "t1").start();

    try {
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }

    new Thread(() -> {
        lock.lock();
        try {
            condition.signal();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t -----------发出通知");
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }, "t2").start();
 }
}

方式三：LockSupport类可以阻塞当前线程以及唤醒指定被阻塞的线程

不需要锁块；
unpark()可以在park()前唤醒；

public class LockSupportDemo {
  public static void main(String[] args) {
    /**
     * t1	 -----------come in
     * t2	 ----------发出通知
     * t1	 ----------被唤醒
     */
    Thread t1 = new Thread(() -> {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t -----------come in");
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        LockSupport.park();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t ----------被唤醒");
    }, "t1");
    t1.start();

    try {
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }

    new Thread(() -> {
        LockSupport.unpark(t1);//指定需要唤醒的线程，可以先给t1发放许可证，t1再被锁定，此时t1可以立马被唤醒
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t ----------发出通知");
    }, "t2").start();
 }
}

二：介绍一下LockSupport

LockSupport是什么： LockSupport类使用了一种名为Permit（许可）的概念来做到阻塞和唤醒线程的功能，每个线程都有一个许可（Permit），许可证只有两个值，1和0；默认是0，许可证不能超过1；
park()方法：调用park方法，当前线程会阻塞，直到别的线程给当前线程发放peimit，park方法才会被唤醒。
unpack(thread)方法：调用unpack方法，就会将thread线程的许可证peimit发放，唤醒处于阻塞状态的指定线程。

面试题：
1：LockSupport为什么可以先唤醒线程后阻塞线程但不会阻塞?
答：因为unpark()方法获得了一个许可证，许可证值为1，再调用park()方法，就可消费这个许可证，所以不会阻塞；

2：为什么唤醒两次后阻塞两次，最终还是会阻塞？
答：如果线程A调用两遍park(),线程B调用两边unpark()，那么只会解锁一个park(),因为许可证最多只能为1，不能累加；

三：AQS是什么

AQS使用一个volatile的int类型的成员变量来表示同步状态，通过内置的FIFO队列完成资源获取排队工作，将每条要去抢占资源的线程封装成一个NODE节点来实现锁的分配，通过CAS完成对State值的修改，
AQS的本质是一个双向队列加一个状态为state

五：公平锁与非公平锁的区别

公平锁：多个线程按照线程调用lock()的顺序去获得锁，线程会直接进入队列去排队，永远都是队列的第一位才能得到锁。

非公平锁: 多个线程去获取锁的时候，会直接去尝试获取，获取不到，再去进入等待队列，如果能获取到，就直接获取到锁。

六：非公平锁加锁的源码分析

tryAcquire(arg)：尝试获取锁
addWaiter(Node.EXCLUSIVE)：添加到同步队列
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))：队列里自旋等待获取等

第一步、tryAquire

先获取当前AQS 的state的值，判断是否为0，如果为0表示没有人抢占，此刻他抢占，返回true，抢占锁后就完事了；

   // 这里调用进入非公平锁的tryAcquire
	protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
            return nonfairTryAcquire(acquires);
	}
    // 具体代码在这里
	final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
            final Thread current = Thread.currentThread();
            int c = getState();
        // 若当前无其他线程抢占锁，则抢占；
            if (c == 0) {
                if (compareAndSetState(0, acquires)) {
                    setExclusiveOwnerThread(current);
                    return true;
                }
            }
        //如果已获取锁的线程再调用lock()则state值+1，这里就是可重入的原理
            else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
                int nextc = c + acquires;
                if (nextc < 0) // overflow
                    throw new Error("Maximum lock count exceeded");
                setState(nextc);
                return true;
            }
        // 都不是则返回false
            return false;
        }

第二步、addWaiter

创建队列的节点，首先就先new出来一个节点，由于刚开始当前队列没有节点，因此进入enq()方法；

enq方法插入节点是死循环：
第一次循环，由于tail为空，他先创建一个空的node节点，作为头节点，此时waitStatus=0，然后将head指向该头节点，并将tail指针也指向head；

第二次循环，他将待插入node节点（线程B）的前置指针指向tail指向的节点（头节点），然后CAS将tail指向当前待插入节点（线程B），再让原来的tail指向的节点（头节点）的next域指向当前节点，这样就完成了节点（线程B）插入队尾，完成链式结构，跳出循环；
在这里插入图片描述

private Node addWaiter(Node mode) {
   	// 创建一个节点 mode
       Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
       // Try the fast path of enq; backup to full enq on failure
       Node pred = tail;
    // 刚开始tail是null，如果tail有值了就将node插入队尾；
       if (pred != null) {
           node.prev = pred;
           if (compareAndSetTail(pred, node)) {
               pred.next = node;
               return node;
           }
       }
    // 若队列为空，则插入节点
       enq(node);
       return node;
   }


	private Node enq(final Node node) {
        for (;;) { // 死循环
            Node t = tail;
            if (t == null) { // 初始下tail为null，因此创建一个头节点
                if (compareAndSetHead(new Node()))
                    tail = head;
            } else {
                node.prev = t;// 第二次循环，队列不为空，就将该节点插入队尾
                if (compareAndSetTail(t, node)) {
                    t.next = node;
                    return t;
                }
            }
        }
    }

第三步：aquireQueued

这个方法依旧是死循环。
第一次循环：首先predecessor()取出的就是前置节点，p就是链表中的头节点，然后进入判断，当前确实是头节点，然后再次尝试tryAcquire()，由于线程A并没有释放锁，因此，只能进入shouldParkAfterFailedAcquire()方法；

第二次循环，再次进入shouldParkAfterFailedAcquire(),这一次由于ws=-1，因此返回true，并进入parkAndCheckInterrupt()方法；这里会调用LockSupport.park()将线程挂起，此刻线程B就阻塞再这里了。
在这里插入图片描述

final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
    boolean failed = true;
    try {
        boolean interrupted = false;
        for (;;) {
            final Node p = node.predecessor();//获取节点的前置节点，线程B获取到的是头节点
            if (p == head && tryAcquire(arg)) {//由于线程A占用，尝试获取失败
                setHead(node);
                p.next = null; // help GC
                failed = false;
                return interrupted;
            }
            if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                parkAndCheckInterrupt())// 线程B会进入这里
                interrupted = true;
        }
    } finally {
        if (failed)
            cancelAcquire(node);
    }
}


private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
    int ws = pred.waitStatus;// 头节点的waitStatus=0
    if (ws == Node.SIGNAL)// -1
        return true;
    if (ws > 0) {
        do {
            node.prev = pred = pred.prev;
        } while (pred.waitStatus > 0);
        pred.next = node;
    } else {
        compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);// 将头节点的waitStatus设置成-1
    }
    return false;
}

private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
    LockSupport.park(this);
    return Thread.interrupted();
}

七：非公平锁解锁的具体流程

线程A就先去获取AQS的state，并对应减去1个，并设置当前占有线程为null，然后找到头节点去调用unparkSuccessor(head)，他将头节点的状态从-1设置为0，然后唤醒线程B；

在这里插入图片描述

// 执行ReentrantLock.unlock()
public void unlock() {
    sync.release(1);
}

// AQS.release()
public final boolean release(int arg) {
    if (tryRelease(arg)) {
        Node h = head;
        if (h != null && h.waitStatus != 0)
            unparkSuccessor(h);
        return true;
    }
    return false;
}

// 执行ReentrantLock.tryRelease()
protected final boolean tryRelease(int releases) {
        int c = getState() - releases;
        if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
            throw new IllegalMonitorStateException();
        boolean free = false;
        if (c == 0) {
            free = true;
            setExclusiveOwnerThread(null);
        }
        setState(c);
        return free;
    }

private void unparkSuccessor(Node node) {
    int ws = node.waitStatus;// 头节点是-1
    if (ws < 0)
        compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);// 头节点设置为0
    Node s = node.next;// 线程B
    if (s == null || s.waitStatus > 0) {
        s = null;
        for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)
            if (t.waitStatus <= 0)
                s = t;
    }
    if (s != null) 
        LockSupport.unpark(s.thread);//唤醒线程B
}

线程B还锁在parkAndCheckInterrupt()方法中，解锁后开始第三次循环，第三次循环发现前置节点是头，且可以占用锁，因此线程B获取到锁并进入第一个if；然后重新设置头节点，将头指向线程B，将原头节点剔除队列，然后将线程B设置成头节点。

final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
    boolean failed = true;
    try {
        boolean interrupted = false;
        for (;;) {
            final Node p = node.predecessor();//获取节点的前置节点，线程B获取到的是头节点
            if (p == head && tryAcquire(arg)) {//目前锁无占用，进入此处
                setHead(node); // 重新设置头节点
                p.next = null; // help GC
                failed = false;
                return interrupted; // 被改为true
            }
            if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                parkAndCheckInterrupt())// 线程B从这里唤醒
                interrupted = true;
        }
    } finally {
        if (failed)
            cancelAcquire(node);
    }
}

// 修改头节点          
private void setHead(Node node) {
    head = node;
    node.thread = null;
    node.prev = null;
}