AQS 的全称为(AbstractQueuedSynchronizer
),这个类在java.util.concurrent.locks
包下面。
AQS是构建锁和同步器的框架,使用AQS可以简单高效的构造出应用广泛的大量的同步器,比如ReentrantLock,Semaphore,其他的诸如 ReentrantReadWriteLock
,SynchronousQueue
,FutureTask
等等皆是基于 AQS 的。当然,我们自己也能利用 AQS 非常轻松容易地构造出符合我们自己需求的同步器。
原理
AQS 核心思想是,
如果被**请求的共享资源**空闲,则将当前请求资源的线程设置为有效的工作线程,并且将共享资源设置为锁定状态。
如果被请求的共享资源被占用,那么就需要一套线程阻塞等待以及被唤醒时锁分配的机制,这个机制 AQS 是用 CLH 队列锁实现的,即将暂时获取不到锁的线程加入到队列中。
CLH(Craig,Landin,and Hagersten)队列是一个虚拟的双向队列(虚拟的双向队列即不存在队列实例,仅存在结点之间的关联关系)。AQS 是将每条请求共享资源的线程封装成一个 CLH 锁队列的一个结点(Node)来实现锁的分配。
AQS 使用一个 int 成员变量来表示同步状态,通过内置的 FIFO 队列来完成获取资源线程的排队工作。AQS 使用 CAS 对该同步状态进行原子操作实现对其值的修改。
private volatile int state;//共享变量,使用volatile修饰保证线程可见性
状态信息通过 protected 类型的 getState,setState,compareAndSetState 进行操作
//返回同步状态的当前值
protected final int getState() {
return state;
}
// 设置同步状态的值
protected final void setState(int newState) {
state = newState;
}
//原子地(CAS操作)将同步状态值设置为给定值update如果当前同步状态的值等于expect(期望值)
protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
}
共享方式
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:
- 公平锁:按照线程在队列中的排队顺序,先到者先拿到锁
- 非公平锁:当线程要获取锁时,无视队列顺序直接去抢锁,谁抢到就是谁的
Share**(共享):多个线程可同时执行,如CountDownLatch
、Semaphore
、CountDownLatch
、 CyclicBarrier
、ReadWriteLock
我们都会在后面讲到。
ReentrantReadWriteLock
可以看成是组合式,因为 ReentrantReadWriteLock
也就是读写锁允许多个线程同时对某一资源进行读。
模板模式
AQS 使用了模板方法模式,自定义同步器时需要重写下面几个 AQS 提供的模板方法:
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,成功则返回true,失败则返回false。
以 ReentrantLock 为例,state 初始化为 0,表示未锁定状态。A 线程 lock()时,会调用 tryAcquire()独占该锁并将 state+1。此后,其他线程再 tryAcquire()时就会失败,直到 A 线程 unlock()到 state=0(即释放锁)为止,其它线程才有机会获取该锁。当然,释放锁之前,A 线程自己是可以重复获取此锁的(state 会累加),这就是可重入的概念。但要注意,获取多少次就要释放多么次,这样才能保证 state 是能回到零态的。