什么是AQS

AbstractQueuedSynchronizer（简称AQS），AQS是一个抽象同步框架，可以用来实现一个依赖状态的同步器。定义了同步器共同的基础行为：等待队列、条件队列、独占获取、共享获取等。

AQS具备的特性

  • 阻塞等待队列
  • 共享/独占
  • 公平/非公平
  • 可重入
  • 允许中断

AQS内部维护属性state，表示资源的可用状态

AQS定义两种资源共享方式

  • Exclusive-独占，只有一个线程能执行，如ReentrantLock
  • Share-共享，多个线程可以同时执行，如Semaphore/CountDownLatch

AQS定义两种队列

  • 同步等待队列：主要用于维护获取锁失败时入队的线程
  • 条件等待队列：调用await()的时候会释放锁，然后线程会加入到条件队列，调用signal()唤醒的时候会把条件队列中的线程节点移动到同步队列中，等待再次获得锁


AQS定义了5个队列中节点状态

  • .值为0，初始化状态，表示当前节点在sync队列中，等待着获取锁。
  • CANCELLED，值为1，表示当前的线程被取消
  • SIGNAL，值为-1，表示当前节点的后继节点包含的线程需要运行，也就是unpark
  • CONDITION，值为-2，表示当前节点在等待condition，也就是在condition队列中
  • PROPAGATE，值为-3，表示当前场景下后续的acquireShared能够得以执行

自定义同步器在实现

自定义同步器在实现时只需要实现共享资源state的获取与释放方式即可，至于具体线程等待队列的维护（如获取资源失败入队/唤醒出队等），AQS已经在顶层实现好了。自定义同步器实现时主要实现以下几种方法：

  • isHeldExclusively()：该线程是否正在独占资源。只有用到condition才需要去实现它
  • tryAcquire(int)：独占方式。尝试获取资源，成功则返回true，失败则返回false。
  • tryRelease(int)：独占方式。尝试释放资源，成功则返回true，失败则返回false。
  • tryAcquireShared(int)：共享方式。尝试获取资源。负数表示失败；0表示成功，但没有剩余可用资源；正数表示成功，且有剩余资源。
  • tryReleaseShared(int)：共享方式。尝试释放资源，如果释放后允许唤醒后续等待结点返回true，否则返回false。

同步等待队列

AQS当中的同步等待队列也称CLH队列，是一种基于双向链表数据结构的队列，是FIFO先进先出线程等待队列，线程由原自旋机制改为阻塞机制。

AQS依赖CLH同步队列来完成同步状态的管理：

  • 当前线程如果获取同步状态失败时，AQS则会将当前线程已经等待状态等信息构造成一个节点（Node）并将其加入到CLH同步队列，同时会阻塞当前线程
  • 当同步状态释放时，会把首节点唤醒（公平锁），使其再次尝试获取同步状态。
  • 通过signal或signalAll将条件队列中的节点转移到同步队列。（由条件队列转化为同步队列）

条件等待队列

  • 调用await方法阻塞线程；
  • 当前线程存在于同步队列的头结点，调用await方法进行阻塞（从同步队列转化到条件队列）

ReentrantLock

ReentrantLock是一种基于AQS框架的应用实现，是JDK中的一种线程并发访问的同步手段，它的功能类似于synchronized是一种互斥锁，可以保证线程安全。
ReentrantLock的特点：

  • 可中断
  • 可以设置超时时间
  • 可以设置为公平锁
  • 支持多个条件变量
  • 与synchronized一样，都支持可重入

synchronized和ReentrantLock的区别：

  • synchronized是JVM层次的锁实现，ReentrantLock是JDK层次的锁实现；
  • synchronized的锁状态是无法在代码中直接判断的，但是ReentrantLock可以通过ReentrantLock#isLocked判断；
  • synchronized是非公平锁，ReentrantLock是可以是公平也可以是非公平的；
  • synchronized是不可以被中断的，而ReentrantLock#lockInterruptibly方法是可以被中断的；
  • 在发生异常时synchronized会自动释放锁，而ReentrantLock需要开发者在finally块中显示释放锁；ReentrantLock获取锁的形式有多种：如立即返回是否成功的tryLock(),以及等待指定时长的获取，更加灵活；
  • synchronized在特定的情况下对于已经在等待的线程是后来的线程先获得锁，而ReentrantLock对于已经在等待的线程是先来的线程先获得锁；