动手实现一个同步器（AQS）

在多线程情景下，如果不会某一共享变量采取一些同步机制，很可能发生数据不安全现象，比如购买车票时，当多个人购买时，不加锁就会产生多人买同一张票的现象，显然这是不可取的。所以要有一种同步机制，在某一时刻只能有一个线程处理该共享变量。

同步器的加锁

我将自己实现的同步器成为RoadAQS.

主要变量如下：

//当前锁的状态，1表示加锁，0表示未加锁
private volatile int state = 0;
private final static Unsafe unsafe = UnsafeInstance.reflectUnsafe();
//state在内存中的偏移量
private final static long stateOffset;
//当前持有锁的线程
private Thread lockHoder;
//是一个线程安全的队列，记录等待获取锁的线程
private ConcurrentLinkedQueue<Thread> waiters = new ConcurrentLinkedQueue<>();

static {
        try {
            stateOffset = unsafe.objectFieldOffset(RoadAQS.class.getDeclaredField("state"));
        } catch (NoSuchFieldException e) {
            throw new Error(e);
        }
    }

整体思想：

刚一开始初始化时会利用反射获取一个Unsafe魔法类，然后获取变量state在内存中的偏移量，为后续的CAS操作做准备。然后开始尝试获取锁，当等待队列为空或者当前线程等于等待队列的第一个线程，然后CAS更新状态为1成功，说明获得锁成功，并将同步器的拥有者设置为当前线程。如果加锁失败，就将该线程放入到等待队列中，然后开始无限for循环。

进入循环背内部，再尝试一次获取锁，仍然失败后，开始调用LockSupport.park()将该线程进行阻塞，与Object.wait一个最大的区别就是park()、unpark()能够指定具体的线程进行唤醒，而object.notify只能随机唤醒一个。

阻塞后当其他线程执行完退出后，会调用LockSupport.unpark(t)对等待队列中的第一个线程进行唤醒，唤醒后会继续执行for循环内部的代码，再尝试获得锁。获得锁后，从等待队列中取出，并将同步器的拥有者改为该线程。

public void lock() {
        if(acquire()){
            return;
        }
        Thread current = Thread.currentThread();
        waiters.add(current);
        for(;;) {
            if(current == waiters.peek() && acquire()) {
                waiters.poll();
                return;
            }
            LockSupport.park();
        }
    }

public boolean acquire() {
        Thread t = Thread.currentThread();
        if ((waiters.size() == 0 || t == waiters.peek()) && compareAndSwapInt(0, 1)) {
            setLockHoder(t);
            return true;
        }
        return false;
    }

同步器的解锁

获取当前的锁状态，并尝试更新为0，成功后将同步器的拥有者设为null,然后获取等待队列的第一个队列，将该队列进行唤醒。

public void unlock() {
        if (Thread.currentThread() != getLockHolder()) {
            throw new RuntimeException("lockHolder is not current Thread");
        }
        int state = getState();
        if (compareAndSwapInt(state, 0)) {
            setLockHoder(null);
            Thread t = waiters.peek();
            if (t != null) {
                LockSupport.unpark(t);
            }
        }
    }

测试用例

public class RoadAQSTest {
    public static void main(String[] args) {
        Goods goods = new Goods();
        for(int i=0; i<100; i++) {
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    goods.reduceCount();
                }
            }, "Thread-" + i + "------").start();
        }
    }

    private static class Goods{
        private int count = 10;
        private RoadAQS lock = new RoadAQS();
        public void reduceCount() {

            lock.lock();

            if (count > 0) {
                System.out.println("线程" + lock.getLockHolder() + " 获取第 " + count + "件商品");
                count--;
            } else {
                System.out.println("商品已卖完！");
            }
            lock.unlock();
        }
    }
}

测试结果: