Java动手实现Lock：理解AQS与同步器原理

"Java同步之如何使用 Unsafe 类创建自定义锁" 在 Java 中，同步机制是多线程编程的关键组成部分，用于确保并发访问共享资源时的正确性。本篇文章探讨了如何利用 Unsafe 类来实现一个简单的锁机制。Unsafe 类是 Java 内部的一个工具类，提供了对内存的直接访问和一些低级操作，如 CAS（Compare And Swap）操作，这对于实现高级同步原语非常有用。 首先，要编写一个锁，我们需要理解锁的基本功能：加锁和解锁。在 Java 中，synchronized 关键字提供了一种内置的锁机制，它的实现依赖于 JVM 对对象头的 Mark Word 的修改。然而，作为开发者，我们不能直接修改对象头，因此需要寻找其他方式来模拟锁的行为。 核心思想是使用一个可变的共享变量，例如 `state`，表示锁的状态。当 `state` 为 1 时，表示锁被占用；为 0 表示未锁定。通过使用 `volatile` 关键字，确保对 `state` 的修改对所有线程可见，避免数据竞争。 接着，我们需要实现 CAS 操作来保证线程安全地修改 `state`。Java 提供的 Unsafe 类提供了 CAS 方法，可以无锁地更新变量。通过 Unsafe 的 compareAndSwapInt 方法，我们可以原子性地更新 `state`，确保只有一个线程能够成功设置其值为 1，从而获取锁。 除了 CAS 操作，还需要考虑线程的阻塞和唤醒。当一个线程无法获取锁时，它需要进入等待状态，直到锁释放。这就需要使用到 Unsafe 的 park 和 unpark 方法。线程在尝试获取锁失败后，可以调用 park 方法进入等待，而当锁被释放时，持有锁的线程可以通过 unpark 方法唤醒等待中的线程。 为了管理这些等待的线程，我们可以使用一个队列来存储它们。当锁被释放时，可以按照队列的顺序唤醒下一个等待的线程。这样的设计类似于 AQS（AbstractQueuedSynchronizer），它是 Java 中很多同步工具（如 ReentrantLock）的基础。 总结一下，实现一个自定义锁的主要步骤包括： 1. 定义一个 volatile 变量 `state` 表示锁的状态。 2. 使用 Unsafe 类的 CAS 方法实现原子性的状态更新。 3. 使用 Unsafe 的 park 和 unpark 方法控制线程的阻塞与唤醒。 4. 创建一个队列来管理等待的线程。 尽管自己实现锁可以帮助深入理解同步原理，但实际生产环境中，我们通常会使用 Java 提供的成熟同步工具，如 ReentrantLock、Semaphore 等，它们已经在性能和安全性上经过了优化。然而，理解这些底层机制对于优化并发代码和排查问题是非常有益的。