多線程系列之自己實現一個 lock 鎖

我們面試中經常會被問到多線程相關知識，這一塊內容往淺了說大家都會，但是一問到底層實現原理，我們往往就一臉懵逼。

這段時間準備好好學習多線程，接下來會寫一系列關於多線程的知識。

我們首先要瞭解線程，百度百科這麼介紹：線程（thread）是操作系統能夠進行運算調度的最小單位。它被包含在進程之中，是進程中的實際運作單位。一條線程指的是進程中一個單一順序的控制流，一個進程中可以併發多個線程，每條線程並行執行不同的任務。

這句話很好理解。一般我們不創建 thread 類的話，程式都是單線程在執行。

線程是有多種狀態的，Thread 類里有個枚舉變數 State 列舉了線程的幾種狀態

下麵這張圖說明瞭線程狀態之間的關係。

程式里有多個線程時，會出現多個線程對同一個對象操作的情況，為了保證同一時間只能有一個線程操作該對象，就引入了鎖機制。

鎖有分散式鎖，java鎖 ，java 鎖有 synchronized 關鍵字，Lock 鎖。今天我們主要講 java 中的 Lock 鎖。

常用的可重入鎖（ReentrantLock）就是實現了 Lock 介面，這次我們就嘗試自己製作一把鎖，當然我們要實現 Lock 介面。

首先來分析如何實現它？

1.需要一個線程的等待集合，所以我們要定義一個list，考慮到先進先出機制，我們用 LinkedBlockingQueue 來存放線程集合

2.需要一個鎖標記，來記錄當前持有鎖的進程，考慮到它的原子性，我們用 AtomicReference 類來存放

3.線程執行完，會釋放鎖，此時要通知其他線程爭搶鎖，這裡又涉及到線程通信。

下圖也是我的分析過程，我們接下來就用代碼來實現。

實現之前，我們先瞭解一些線程通信的知識，我們最常用的方法是 wait/notify，但是 wait/notify 有一個很明顯的缺點，正常順序是 先 wait，再 notify，如果程式先 notify，再 wait，就會進入死鎖狀態，所以它是有順序限制的，但是 park/unpark 方法就不會有這些問題，所以我們用 park/unpark 實現線程通信。

下麵是實現代碼，註釋里寫的很清楚了。

public class MyLock implements Lock {

    //判斷是否有人拿到鎖
    AtomicReference<Thread> owner = new AtomicReference<>();
    //等待線程隊列
    LinkedBlockingQueue<Thread> waiters = new LinkedBlockingQueue<>();

    @Override
    public boolean tryLock() {
        //如果 owner 為空，就把當前線程賦給 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() {
        //釋放鎖，要通知等待者
        if(owner.compareAndSet(Thread.currentThread(),null)){
            //遍歷等待者 ，通知繼續執行
            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 介面里，還有一些方法沒有實現，當然這都不重要，主要是為了實現 lock 和 unlock 方法。

研究多線程，要多看看 java.util.concurrent 包，把這個包研究透了，多線程也就學的差不多了。畢竟面試中多線程用的還是挺多的。