Java 并发总结——AQS

水深无声 2022-08-29 10:05 197阅读 0赞

### 一、AQS ###

Java并发包（JUC）中提供了很多并发工具，ReentrangLock、Semaphore、CountDownLatch，它们的实现都用到了一个共同的基类——AbstractQueuedSynchronizer，简称AQS。

AQS是一个用来构建锁和同步器的框架，使用AQS能简单且高效地构造出应用广泛的大量的同步器，比如我们提到的ReentrantLock，Semaphore，其他的诸如ReentrantReadWriteLock，SynchronousQueue，FutureTask等皆是基于AQS的

### 二、基本实现原理 ###

AQS维护一个共享资源state，通过内置的FIFO来完成获取资源线程的排队工作。该队列由一个一个的Node结点组成，每个Node结点维护一个prev引用和next引用，分别指向自己的前驱和后继结点，双端双向链表。

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procted类型的getState，setState，compareAndSetState进行操作

### 三、AQS两种同步方式 ###

独占式、共享式

独占式如ReentrantLock

共享式如Semaphore，CountDownLatch，

组合式的如ReentrantReadWriteLock

（1）独占式  
**acquire**  
a.首先tryAcquire获取同步状态，成功则直接返回；否则，进入下一环节；  
b.线程获取同步状态失败，就构造一个结点，加入同步队列中，这个过程要保证线程安全；  
c.加入队列中的结点线程进入自旋状态，若是老二结点（即前驱结点为头结点），才有机会尝试去获取同步状态；否则，当其前驱结点的状态为SIGNAL，线程便可安心休息，进入阻塞状态，直到被中断或者被前驱结点唤醒。  
**release**  
release的同步状态相对简单，需要找到头结点的后继结点进行唤醒，若后继结点为空或处于CANCEL状态，从后向前遍历找寻一个正常的结点，唤醒其对应线程。

（2）共享式  
共享式地获取同步状态，同步状态的方法tryAcquireShared返回值为int。  
a.当返回值大于0时，表示获取同步状态成功，同时还有剩余同步状态可供其他线程获取；  
b.当返回值等于0时，表示获取同步状态成功，但没有可用同步状态了；  
c.当返回值小于0时，表示获取同步状态失败。

（3）模板方法模式  
　protected boolean tryAcquire(int arg) : 独占式获取同步状态，试着获取，成功返回true，反之为false  
　protected boolean tryRelease(int arg) ：独占式释放同步状态，等待中的其他线程此时将有机会获取到同步状态；  
　protected int tryAcquireShared(int arg) ：共享式获取同步状态，返回值大于等于0，代表获取成功；反之获取失败；  
　protected boolean tryReleaseShared(int arg) ：共享式释放同步状态，成功为true，失败为false  
**（5）双向链表Node节点的状态**  
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；  
值为0，表示当前节点在sync队列中，等待着获取锁。

**（6）AQS实现公平锁和非公平锁**  
非公平锁中，那些尝试获取锁且尚未进入等待队列的线程会和等待队列head结点的线程发生竞争。

公平锁中，在获取锁时，增加了isFirst(current)判断，当且仅当，等待队列为空或当前线程是等待队列的头结点时，才可尝试获取锁。