Java并发编程之AQS

Posted 2021-01-21 mr-xiaoliu

一、什么是AQS

　　AQS（AbstractQueuedSynchronize：队列同步器）是用来构建锁或者其他同步组件的基础框架，很多同步类都是在它的基础上实现的，比如常用的ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock、CountDownLatch、Semaphore。

 

二、实现原理

　　在AQS内部，定义了一个 volatile int state 变量来标识同步状态，通过改变state的状态来控制对共享资源的访问，根据不同的实现，state可以表示不同的状态，例如：在 ReentrantLock 中它表示拥有该锁的线程请求了多少次该锁；在 Semaphore 中表示剩余的许可数，在 FutureTask 中表示任务的状态(尚未开始、运行、完成和取消)。同时定义了一个 FIFO 队列维护争用资源时被阻塞的线程，当线程尝试获取锁时，如果锁已经被占用，那么该线程就会被构造成一个Node节点放到同步队列的尾部；队列的头节点是成功获取锁的节点，当头节点线程释放锁时，会唤醒后面的节点并释放当前头节点的引用。

　　AQS主要通过继承的方式来使用，子类通过继承AQS并实现它的抽象方法来定义state变量的具体的访问规则，从而可以实现不同类型的同步组件。AQS定义了两种资源共享的方式：独占式和共享式。

1. 独占式：同时只有一个线程能访问该共享资源。
2. 共享式：多个线程可以同时访问该共享资源。

　　AQS中可重写的方法如下：

1. protected boolean tryAcquire(int arg)：独占式获取同步状态，成功则返回true，失败则返回false。先查询同步状态并判断同步状态是否符合预期，然后再进行CAS设置同步状态。
2. protected boolean tryRelease(int arg)：独占式释放同步状态，成功则返回true，失败则返回false。等待获取同步状态的线程将有机会获取同步状态。
3. protected int tryAcquireShared(int arg)：共享式获取同步状态，返回大于等于0的值，表示成功，该值表示剩余可用资源数，小于0则表示获取失败。
4. protected boolean tryReleaseShared(int arg)：共享式释放同步状态，如果释放后允许唤醒后续等待结点返回true，否则返回false。
5. protected boolean isHeldExclusively()：当前同步器是否在独占模式下被线程占用，只在 AbstractQueuedSynchronizer.ConditionObject 的方法内进行内部调用，不使用Condition可以不重写。

 

　　AQS自身没有实现任何同步接口，为了保证对state的访问修改操作是安全的，重写AQS指定的方法时，需要使用它提供的如下3个方法来访问或修改同步状态：

1. getState()：获取当前同步状态。
2. setState(int newState)：设置当前同步状态。
3. compareAndSetState(int expect,int update)：使用CAS设置当前状态，该方法能够保证状态设置的原子性。

 

　　AQS是实现锁（同步组件）的关键，它在底层对同步状态管理、线程的排队、等待与唤醒做了实现，简化锁的实现。AQS是基于模板方法模式设计的，使用时需要继承AQS并重写对应的方法，再将其组合在同步组件中，当使用同步组件访问共享资源时，调用AQS提供的模板方法，然后模板方法会调用重写的方法。