并发基础之AQS

Posted 2023-03-13 小沈同学呀

目录

什么AQS

AQS原理

重点1：CLH队列​

重点2：state 状态

AQS 两种资源共享方式

1) Exclusive（独占）

2) Share（共享）

AQS 模板方法运用

补充知识CAS

CAS的优点

CAS的缺点

缺点解决办法

总结

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什么AQS

AQS是位于java.util.concurrent.locks 包下的 AbstractQueuedSynchronizer类，是构建同步器和锁的基础框架。我们可以通过继承AbstractQueuedSynchronizer 创建自己的同步器。比如我们常用的JUC并发包下面的CountDownLatch、ReentrantLock、Semaphore等等都是源于AQS实现的并发工具类。

 

AQS原理

核心思想是多个线程访问共享资源，如果一个线程发现共享资源没有被占用，则将资源设定为锁定状态且当前线程设为占用线程，如果一个线程发现共享资源已经被占用，则需要等待占用线程释放资源，当然当占用线程释放资源的时候AQS会通知其他等待线程进行资源抢占。在AQS实际源码中是通过state 状态在标识资源是否占用，通过CLH FIFO虚拟双向队列来实现将最近的等待线程放在队列末尾。

重点1：CLH队列

 

如图所示CLH是一个虚拟的双向队列，是通过state的值实现线程等待排序在队列末尾。队列head 头部是当前资源占用工作线程，node1-node n 则是资源被锁定后等待的线程节点。在实际的资源占用过程中，根据是否公平锁来确定是顺序占用资源和抢占式占用资源。

重点2：state 状态

如上图所示，线程获取资源是否被占用是通过获取 state 状态来实现。AQS源码已经给出获取、设置、通过CAS修改state 的方法。此时我们可以理解为：

 1、线程获取state 发现为 0 ，说明没有线程占用则占用该资源，并通过CAS将state 置为 1

2、如果该线程有重入的情况则继续增加state 的值，重入几次就增加几次

3、线程出方法则需要释放state值，也就是减少state

4、当state值为0 的时候标识线程执行完毕解除占用，此时AQS唤醒其他线程可以占用资源

AQS 两种资源共享方式

1) Exclusive（独占）

只有一个线程能执行，如 ReentrantLock。又可分为公平锁和非公平锁,ReentrantLock 同时支持两种锁。根据ReentrantLock定义，我们可知公平锁是根据队列的等待顺序占用资源，非公平锁是所有的等待线程抢占资源。

2) Share（共享）

运行多个线程对资源共享，比如JUC并发工具CountDownLatch、Semaphore等都是运行多个线程访问资源。

AQS 模板方法运用

AQS内置很多的操作方法，比如获取锁 tryAcquire()、释放锁 tryRelease()、超时获取tryAcquireNanos（）、响应中断 acquireInterruptibly（）等操作方法

 

在实际的运用过程中，我们可以直接继承AQS从而轻易的获取这些方法来实现我们的同步器。

当前JUC下的并发工具类都是基于AQS来实现自己的功能的，我们现在来鉴赏一下。

 

比如可重入锁ReentrantLock，我们进入源码查看，ReentrantLock内部类继承AQS：

我们ReentrantLock超时获取锁/释放锁也都是调用AQS超时获取锁/释放锁的方法：

 

当然其他对资源状态和队列的操作方法都是基于AQS实现的，对于JUC中其他的并发工具类也是如此，都是基于AQS实现。

补充知识CAS

CAS是Compare and Swap 的缩写，也就是比较和替换，是JUC最核心最基础的理论。原理是基于三个数据 主存值V、线程副本值A、需要修改为值B。当且仅当主存值V等于线程副本值A的时候，才能将数据修改为B。

CAS的优点

CAS是乐观锁，且一直自旋等待锁，所以性能很高。

CAS的缺点

ABA问题，如果我们先将值C修改为D,再修改为C，CAS会认为此数据没有修改。

缺点解决办法

1、加版本号

2、JAVA JUC atomic下提供AtomicStampedReference包装类

总结

AQS是位于java.util.concurrent.locks 包下的 AbstractQueuedSynchronizer类，是构建同步器和锁的基础框架。JAVA JUC并发包下的工具类都是基于AQS实现，其原理都是通过state状态来确定线程是否占用资源，未拿到锁的线程则放置在CLH虚拟双向队列末尾，后续通过AQS通知抢占资源。