AQS的子类在各个同步工具类中的使用情况

Posted 2022-01-03 therhyme

AQS

AQS(AbstractQueuedSynchronizer)是 java.util.concurrent的基础。J.U.C中宣传的封装良好的同步工具类Semaphore、CountDownLatch、ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock、FutureTask等虽然各自都有不同特征，但是简单看一下源码，每个类内部都包含一个如下的内部类定义：

abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer

同时每个类内部都包含有这样一个属性，连属性名都一样！注释已经暗示了，该类的同步机制正是通过这个AQS的子类来完成的。不得不感叹：“每个强大的同步工具类，内心都有一把同样的锁！”

/** All mechanics via AbstractQueuedSynchronizer subclass */

private final Sync sync;

几种同步类提供的功能其实都是委托sync来完成。有些是部分功能，有些则是全部功能。

AQS类中三个重要的属性：

private transient volatile AbstractQueuedSynchronizer.Node head;
private transient volatile AbstractQueuedSynchronizer.Node tail;
private volatile int state;

Node类型的head和tail是一个FIFO的wait queue；一个int类型的状态位state。到这里也能猜到AQS对外呈现（或者说声明）的主要行为就是由一个状态位和一个有序队列来配合完成。 最简单的读一下主要的四个方法：

//获取排他锁
public final void acquire(int arg) 

     if (!tryAcquire(arg) &&

        acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))

         selfInterrupt();

 

//释放排他锁
public final boolean release(int arg) 

 if (tryRelease(arg)) 

  Node h = head;

 if (h != null && h.waitStatus != 0)

 unparkSuccessor(h);

 return true;

 

return false;

 

//获取共享锁
public final void acquireShared(int arg) 

       if (tryAcquireShared(arg) < 0)

           doAcquireShared(arg);



//释放共享锁
public final boolean releaseShared(int arg) 

        if (tryReleaseShared(arg)) 

            doReleaseShared();

            return true;

        

        return false;

ReentrantLock

ReentrantLock对外的主要方法是lock()，tryLock()和unlock()方法，当然还有其他变种的lockInterruptibly()、tryLock(long timeout, TimeUnit unit)等。

 

lock()方法的功能是获取锁。如果没有线程使用则立即返回，并设置state为1；如果当前线程已经占有锁，则state加1；如果其他线程占有锁，则当前线程不可用，等待。

public void lock() 
    sync.lock();

tryLock()的功能是：如果锁可用，则获取锁，并立即返回值 true。如果锁不可用，立即返回值 false。

public boolean tryLock() 
      return sync.nonfairTryAcquire(1);
  

unlock()的功能是尝试释放锁，如果当前线程占有锁则count减一，如果count为0则释放锁。若占有线程不是当前线程，则抛异常。

public void unlock() 
    sync.release(1);

可以看到也是借助Sync来完成，我们下面详细看下Sync是如何实现这些”规定”的需求的。ReentrantLock的构造函数告诉我们，其支持公平和非公平两种锁机制。

public ReentrantLock(boolean fair) 
    sync = (fair)? new FairSync() : new NonfairSync();
    

在该类中对应定了两种FairSync和NonfairSync两种同步器，都继承者AQS。可以看到对应执行的是lock、release、和Sync的nonfairTryAcquire。从前面AQS源码知道release是在父类AQS中定义的方法，lock和nonfairTryAcquire是这个Sync中特定的方法，不是对父类对应方法的覆盖。

lock方法有对于FairSync和NoFairSync有两种不同的实现，对于非公平锁只要当前没有线程持有锁，就将锁给当前线程；而公平锁不能这么做，总是调用acquire方法来和其他线程一样公平的尝试获取锁。

比较公平锁机制和非公平锁机制的差别仅仅在于如果当前没有线程持有锁，是优先把锁分配给当前线程（非公平锁），还是优先分配给等待队列中队首的线程（公平锁）。

ReentrantLock总结： 

ReentrantLock中定义的同步器分为公平的同步器和非公平的同步器。在该同步器中state状态位表示当前持有锁的线程的重入次数。在获取锁时，通过覆盖AQS的tryAcquire(int arg)方法，如果没有线程持有锁则立即返回，并设置state为1；如果当前线程已经占有锁，则state加1；如果其他线程占有锁，则当前线程不可用。释放锁时，覆盖了AQS的tryRelease(int arg)，在该方法中主要作用是state状态位减少release个，表示释放锁，如果更新后的state为0，表示当前线程释放锁，如果不为0，表示持有锁的当前线程重入数减少。

既然有一个请求计数器和一个占有它的线程，即ReentrantLock实现了可重入锁。

 

总结对照

本文主要侧重AQS的子类在各个同步工具类中的使用情况，其实也基本涵盖了这几个同步工具类的主要逻辑，但目标并不是对这几个同步工具类的代码进行详细解析。另外AQS本身的几个final方法，才是同步器的公共基础，也不是本文的主题，也未详细展开。其实写这篇文章的一个初始目的真的只是想列出如下表格，对比下AQS中的各个子类是怎么使用state的，居然啰嗦了这么多。

工具类	工具类作用	工具类加锁方法	工具类释放锁方法	Sync覆盖的方法	Sync非覆盖的重要方法	state的作用	锁类型	锁维护
Semaphore	控制同时访问某个特定资源的操作数量	acquire：每次请求一个许可都会导致计数器减少1，，一旦达到了0，新的许可请求线程将被挂起	release：每调用 添加一个许可，释放一个正在阻塞的获取者	tryAcquireShared tryReleaseShared		表示初始化的许可数	共享锁	每一次请求acquire()一个许可都会导致计数器减少1，同样每次释放一个许可release()都会导致计数器增加1，一旦达到了0，新的许可请求线程将被挂起。
CountDownLatch	把一组线程全部关在外面，在某个状态时候放开。一种同步机制来保证一个或多个线程等待其他线程完成。	await：在计数器不为0时候阻塞调用线程，为0时候立即返回	countDown ：计数递减	tryAcquireShared tryReleaseShared		维护一个计数器	共享锁	初始化一个计数，每次调用countDown方法计数递减，在计数递减到0之前，调用await的线程都会阻塞
ReentrantLock	标准的互斥操作，也就是一次只能有一个线程持有锁	lock：如果没有线程使用则立即返回，并设置state为1；如果当前线程已经占有锁，则state加1；如果其他线程占有锁，则当前线程不可用，等待 tryLock：如果锁可用，则获取锁，并立即返回值 true。如果锁不可用，则此方法将立即返回值 false	unlock：尝试释放锁，如果当前线程占有锁则count减一，如果count为0则释放锁。如果占有线程不是当前线程，则抛异常	tryAcquire tryRelease	nonfairTryAcquir	state表示获得锁的线程对锁的重入次数。	排他锁。	获取锁时，如果没有线程使用则立即返回，并设置state为1；如果当前线程已经占有锁，则state加1；如果其他线程占有锁，则当前线程不可用。释放锁时，在该方法中主要作用是state状态位减少release个，表示释放锁，如果更新后的state为0，表示当前线程释放锁，如果不为0，表示持有锁的当前线程重入数减少
ReentrantReadWriteLock	读写锁。允许多个读线程同时持有锁，但是只有一个写线程可以持有锁。写线程获取写入锁后可以再次获取读取锁，但是读线程获取读取锁后却不能获取写入锁	ReadLock#lock ：获取读锁 ReadLock#tryLock:尝试当前没有其他线程当前持有写锁时获取读锁 WriteLock#lock：获取写锁 WriteLock#tryLock：尝试当前没有其他线程持有写锁时，呼气写锁。	ReadLock#unlock：释放读锁 WriteLock#unlock：释放写锁	acquireShared releaseShared tryAcquire tryRelease	tryReadLock tryWriteLock	高16位表示共享锁的数量，低16位表示独占锁的重入次数	读锁：共享 写锁：排他	对于共享锁，state是计数器的概念。一个共享锁就相对于一次计数器操作，一次获取共享锁相当于计数器加1，释放一个共享锁就相当于计数器减1；排他锁维护类似于可重入锁。
FutureTask	封装一个执行任务交给其他线程去执行，开始执行后可以被取消，可以查看执行结果，如果执行结果未完成则阻塞。	V get()	run() set(V) cancel(boolean)	tryAcquireShared tryReleaseShared	innerGet innerRun() innerSet innerIsCancelled	state状态位来存储执行状态RUNNING、RUN、CANCELLED	共享锁	获取执行结果的线程(可以有多个)一直阻塞，直到执行任务的线程执行完毕，或者执行任务被取消。

 

参考：

http://ifeve.com/abstractqueuedsynchronizer-use/#more-18899