Java高并发学习——AQS及源码解析

Posted 2021-06-27 Johnny*

AQS及源码解析

• AQS
• • AQS 是什么
  • AQS 的作用
  • 为什么AQS 是JUC的基石
• AbstractQueuedSynchronizer源码分析
• • AQS组成
  • Node内部类
  • • Node类的内部结构
    • Node类的属性含义
  • AQS同步队列的基本结构
  • int整型变量state
  • 以ReentrantLock非公平锁为例来理解 AQS

AQS

AQS 是什么

通常的，AbstractQueueSynchronizer类简称AQS。

AbstractQueueSynchronizer字面意思是: 抽象的队列 同步器
抽象的，AbstractQueueSynchronizer是JUC的基石，其自身是抽象类，提供模板，供子类实现。

public abstract class AbstractQueuedSynchronizer
extends AbstractOwnableSynchronizer
implements java.io.Serializable

队列
队列的实现形式有单链表和双链表，AbstractQueueSynchronizer使用双链表。队列是对抢不到锁的线程的管理。

同步器

锁和同步器的关系
锁：面向锁的使用者。定义了程序员和锁交互的使用层API，隐藏了实现 细节。调用即可。
同步器：面向锁的实现者。比如Java并发大神DougLee，提出了统一规范并简化了锁的实现。屏蔽了同步 状态管理、阻塞线程排队和通知、唤醒机制等。

AQS 的作用

AQS 是用来构建锁（ReentrantLock）或者其他同步器组件（如CountDownLatch）的重量级框架及整个JUC体系的基石。通过内置的FIFO队列来完成资源获取线程的排队工作，并通过一个int类型变量表示持有锁的状态。

为什么AQS 是JUC的基石

可以看到很多的锁（ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock等）和同步组件（CountDownLatch、Semaphore信号量）都使用到了AQS，所以说他是JUC的 基石自然而然啦。

抢到资源的线程直接使用处理业务逻辑，抢不到的必然涉及一种排队等候机制。抢占资源失败的线程继续去等待，但等候的线程仍然保留获取锁的可能且获取锁的流程仍在继续，

这个获取锁的流程由CLH队列的变体来实现。它将暂时获取不到锁的线程加入到 队列中，这个队列就是AQS的抽象表现。它将请求共享资源的线程封装成队列的节点（Node），通过CAS、自旋以及LockSupport.park()的方式，维护state变量的状态，是并发达到同步控制的效果。

AbstractQueuedSynchronizer源码分析

AQS组成

AQS主要包括两部分：

一个表示资源同步状态的volatile的int类型变量 state
一个FIFO 的双向队列CLH：通过该队列完成资源获取的排队工作，将每条要去抢占资源的线程封装成一个Node节点来实现锁的分配，通过CAS来完成对State值的修改。

CLH： 三个大牛组成的名字，是一个单向链表，AQS中的队列使用的是CLH辩题的虚拟双向队列FIFO。

Node内部类

AbstractQueuedSynchronizer有个内部类Node，这个Node的元素是Thread，相当于Node< Thread >。这个与Map类似，Map是通过数组实现的，数组的元素时Node< k, v>。

Node类的内部结构

其中waitStatus是排队队列中每个线程的状态，相当于定后驱每个客户的等待状态。取值为上面的枚举值。

Node类的属性含义

AQS同步队列的基本结构

int整型变量state

state表示同步状态，相当于银行办理业务的受理窗口的状态。
0表示该窗口没线程占用.
1表示该窗口有线程占用，需要等待，

以ReentrantLock非公平锁为例来理解 AQS

ReentrantLock的内部结构

整个ReentrantLock加锁的过程可以分为是三个阶段：

1. 尝试加锁
2. 加锁失败，线程进入队列
3. 线程入队列后，进入阻塞状态。

2.这部分逻辑，是尝试获取锁失败情况下，当前线程（尝试获取锁的线程）会封装成Node对象，加入到AQS队列中的处理逻辑。

初始状态

公平锁和非公平锁在获取锁的实现上差别在于，非公平锁比公平锁 少了一个!hashQueuedPredecessors()，该方法用于判断是否需要排队，导致公平锁和非公平锁有如下差异：

公平锁： 公平锁讲究先来后到，线程在获取锁时，如果这个锁的等待队列中已经有线程在等待，那么当前线程就会进入 等待队列中。
非公平锁： 不管是否有等待队列，都会先尝试获取锁。也就是锁队列的第一个排队 线程在unpark()之后还是需要竞争锁的。