Java之AQS詳解

ReentrantLock底層實現方式就是AQS。

AQS是AbustactQueuedSynchronizer的簡稱,提供了一種基於CLH隊列實現阻塞鎖和一系列依賴FIFO等待隊列的同步器的框架,它使用一個int成員變量(state)表示同步狀態,通過內置的FIFO隊列來完成資源獲取的排隊工作。許多同步類實現都依賴於它,如常用的ReentrantLock/Semaphore/CountDownLatch等


大白話就是:一個資源多線程競爭下,如果有資源就獲取鎖,其他線程進入阻塞隊列裏,當資源進行釋放鎖,那麼會喚醒阻塞式隊列裏面存活的第一個線程。

重點:AQS自己實現了一個FIFO的阻塞隊列,跟BlockingQueue沒有任何關係,是基於CLH隊列鎖實現的。

如圖所示:

它維護了一個volatile int state(代表共享資源)和一個FIFO線程等待隊列(多線程爭用資源被阻塞時會進入此隊列)。這裏volatile是核心關鍵詞,具體volatile的語義,在此不述。state的訪問方式有三種:

  • getState()
  • setState()
  • compareAndSetState()

  AQS定義兩種資源共享方式:Exclusive(獨佔,只有一個線程能執行,如ReentrantLock)和Share(共享,多個線程可同時執行,如Semaphore/CountDownLatch)。

 

不同的自定義同步器爭用共享資源的方式也不同。自定義同步器在實現時只需要實現共享資源state的獲取與釋放方式即可,至於具體線程等待隊列的維護(如獲取資源失敗入隊/喚醒出隊等),AQS已經在頂層實現好了。自定義同步器實現時主要實現以下幾種方法:

  • isHeldExclusively():該線程是否正在獨佔資源。只有用到condition才需要去實現它。
  • tryAcquire(int):獨佔方式。嘗試獲取資源,成功則返回true,失敗則返回false。
  • tryRelease(int):獨佔方式。嘗試釋放資源,成功則返回true,失敗則返回false。
  • tryAcquireShared(int):共享方式。嘗試獲取資源。負數表示失敗;0表示成功,但沒有剩餘可用資源;正數表示成功,且有剩餘資源。
  • tryReleaseShared(int):共享方式。嘗試釋放資源,如果釋放後允許喚醒後續等待結點返回true,否則返回false。

  以ReentrantLock爲例,state初始化爲0,表示未鎖定狀態。A線程lock()時,會調用tryAcquire()獨佔該鎖並將state+1。此後,其他線程再tryAcquire()時就會失敗,直到A線程unlock()到state=0(即釋放鎖)爲止,其它線程纔有機會獲取該鎖。當然,釋放鎖之前,A線程自己是可以重複獲取此鎖的(state會累加),這就是可重入的概念。但要注意,獲取多少次就要釋放多麼次,這樣才能保證state是能回到零態的。

  再以CountDownLatch以例,任務分爲N個子線程去執行,state也初始化爲N(注意N要與線程個數一致)。這N個子線程是並行執行的,每個子線程執行完後countDown()一次,state會CAS減1。等到所有子線程都執行完後(即state=0),會unpark()主調用線程,然後主調用線程就會從await()函數返回,繼續後餘動作。

  一般來說,自定義同步器要麼是獨佔方法,要麼是共享方式,他們也只需實現tryAcquire-tryRelease、tryAcquireShared-tryReleaseShared中的一種即可。但AQS也支持自定義同步器同時實現獨佔和共享兩種方式,如ReentrantReadWriteLock。





文章可參考:
https://blog.csdn.net/qq_42499188/article/details/90415678
https://www.jianshu.com/p/da9d051dcc3d

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