解析JUC包底层源码实现

引言

上篇文章详细讲解了AQS底层架构，由等待队列和同步队列以及state信号量来实现，本篇文章将详细讲解JUC包是如何利用这些架构来实现各种组件的

ReentrantLock（可重入锁）

ReentrantLock 是一个独占锁，同一时刻只允许一个线程获取锁。它通过 AQS 的 state 变量来表示锁的重入次数，state 为 0 表示锁未被持有，大于 0 表示锁已被持有，且值表示持有线程的重入次数。

实现细节：

获取锁：ReentrantLock 有公平锁和非公平锁两种实现，它们都继承自 AQS 并重写了 tryAcquire 方法。以非公平锁为例，当线程尝试获取锁时，会先检查 state 是否为 0，如果是则尝试使用 CAS 操作将 state 设为 1，表示获取锁成功；如果 state 不为 0 且当前线程就是持有锁的线程，则将 state 加 1，表示重入。

static final class NonfairSync extends Sync {
    final void lock() {
        if (compareAndSetState(0, 1))
            setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
        else
            acquire(1);
    }

    protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
        return nonfairTryAcquire(acquires);
    }
}

释放锁：重写 tryRelease 方法，每次释放锁时将 state 减 1，当 state 减为 0 时，表示锁完全释放，此时会唤醒等待队列中的后继节点。

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;
}

CountDownLatch（倒计时锁存器）

CountDownLatch 用于让一个或多个线程等待其他线程完成操作。它通过 AQS 的 state 变量作为计数器，初始值为需要等待的操作数量，每当一个操作完成时，调用 countDown() 方法将 state 减 1，当 state 减为 0 时，等待的线程会被唤醒。

实现细节：

初始化：在构造函数中设置 state 的初始值。

public CountDownLatch(int count) {
    if (count < 0) throw new IllegalArgumentException("count < 0");
    this.sync = new Sync(count);
}

private static final class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
    Sync(int count) {
        setState(count);
    }
}

等待操作完成：调用 await() 方法，线程会尝试获取共享锁，只有当 state 为 0 时才能获取成功，否则线程会进入等待队列。

public void await() throws InterruptedException {
    sync.acquireSharedInterruptibly(1);
}

操作完成通知：调用 countDown() 方法，会将 state 减 1，当 state 减为 0 时，会唤醒等待队列中的所有线程。

public void countDown() {
    sync.releaseShared(1);
}

Semaphore（信号量）

Semaphore 用于控制同时访问某个资源的线程数量。它通过 AQS 的 state 变量表示可用的许可数量，线程在访问资源前需要先获取许可（acquire()），访问完成后释放许可（release()）。

实现细节：

获取许可：调用 acquire() 方法，线程会尝试获取共享锁，通过减少 state 的值来表示获取许可。如果 state 小于请求的许可数量，则线程会进入等待队列。

public void acquire() throws InterruptedException {
    sync.acquireSharedInterruptibly(1);
}

释放许可：调用 release() 方法，会增加 state 的值，表示释放许可，同时会唤醒等待队列中的线程。

public void release() {
    sync.releaseShared(1);
}