多线程系列之自己实现一个 lock 锁

我们面试中经常会被问到多线程相关知识，这一块内容往浅了说大家都会，但是一问到底层实现原理，我们往往就一脸懵逼。

这段时间准备好好学习多线程，接下来会写一系列关于多线程的知识。

我们首先要了解线程，百度百科这么介绍：线程（thread）是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务。

这句话很好理解。一般我们不创建 thread 类的话，程序都是单线程在执行。

线程是有多种状态的，Thread 类里有个枚举变量 State 列举了线程的几种状态

下面这张图说明了线程状态之间的关系。

程序里有多个线程时，会出现多个线程对同一个对象操作的情况，为了保证同一时间只能有一个线程操作该对象，就引入了锁机制。

锁有分布式锁，java锁 ，java 锁有 synchronized 关键字，Lock 锁。今天我们主要讲 java 中的 Lock 锁。

常用的可重入锁（ReentrantLock）就是实现了 Lock 接口，这次我们就尝试自己制作一把锁，当然我们要实现 Lock 接口。

首先来分析如何实现它？

1.需要一个线程的等待集合，所以我们要定义一个list，考虑到先进先出机制，我们用 LinkedBlockingQueue 来存放线程集合

2.需要一个锁标记，来记录当前持有锁的进程，考虑到它的原子性，我们用 AtomicReference 类来存放

3.线程执行完，会释放锁，此时要通知其他线程争抢锁，这里又涉及到线程通信。

下图也是我的分析过程，我们接下来就用代码来实现。

实现之前，我们先了解一些线程通信的知识，我们最常用的方法是 wait/notify，但是 wait/notify 有一个很明显的缺点，正常顺序是 先 wait，再 notify，如果程序先 notify，再 wait，就会进入死锁状态，所以它是有顺序限制的，但是 park/unpark 方法就不会有这些问题，所以我们用 park/unpark 实现线程通信。

下面是实现代码，注释里写的很清楚了。

public class MyLock implements Lock {

    //判断是否有人拿到锁
    AtomicReference<Thread> owner = new AtomicReference<>();
    //等待线程队列
    LinkedBlockingQueue<Thread> waiters = new LinkedBlockingQueue<>();

    @Override
    public boolean tryLock() {
        //如果 owner 为空，就把当前线程赋给 owner
        return owner.compareAndSet(null,Thread.currentThread());
    }

    @Override
    public void lock() {
        boolean park = false;
        while(!tryLock()){
            if(!park){
                //加入等待集合
                waiters.offer(Thread.currentThread());
                park = true;
            }else{
                LockSupport.park();
            }
        }
        waiters.remove(Thread.currentThread());

    }

    @Override
    public void unlock() {
        //释放锁，要通知等待者
        if(owner.compareAndSet(Thread.currentThread(),null)){
            //遍历等待者 ，通知继续执行
            Thread next = null;
            while ((next = waiters.peek() )!= null){
                LockSupport.unpark(next);
            }

        }
    }

    @Override
    public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {
    }

    @Override
    public boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
        return false;
    }

    @Override
    public Condition newCondition() {
        return null;
    }
}

Lock 接口里，还有一些方法没有实现，当然这都不重要，主要是为了实现 lock 和 unlock 方法。

研究多线程，要多看看 java.util.concurrent 包，把这个包研究透了，多线程也就学的差不多了。毕竟面试中多线程用的还是挺多的。