Java多线程中的AQS简述

雨点打透心脏的1/2处 2022-12-04 09:20 132阅读 0赞

1.  抽象的队列式的同步器，AQS（AbstractQueuedSynchronizer）定义了一套多线程访问共享资源的同步器框架，许多同步类实现都依赖于它，如常用的ReentrantLock.
2.  AQS提供一个框架，用于实现依赖先进先出（FIFO）等待队列的阻塞锁和相关同步器（信号量，事件等）。 该类被设计为大多数类型的同步器的有用依据，这些同步器依赖于单个原子int值来表示状态。 子类必须定义改变此状态的受保护方法，以及根据该对象被获取或释放来定义该状态的含义。 给定这些，这个类中的其他方法执行所有排队和阻塞机制。
3.  它维护了一个volatile int state（代表共享资源）和一个FIFO线程等待队列（多线程争用资源被阻塞时会进入此队列）。

state的访问方式有三种：

(1)protected final int getState(): 返回同步状态的当前值。 这个操作具有一个volatile读取的记忆语义。

(2)protected final void setState(int newState): 设置同步状态的值。 这个操作有一个volatile写的内存语义。(newState - 新的状态值)

(3)protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update): 如果当前状态值等于期望值，则将同步状态原子地设置为给定的更新值。 此操作具有volatile读写的记忆语义。(expect - 期望值 update - 实际值)；

1.  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）和Share（共享，多个线程可同时执行，如Semaphore/CountDownLatch）。

不同的自定义同步器争用共享资源的方式也不同。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。

1.  自定义同步器实现时主要实现以下几种方法：

(1)isHeldExclusively()：如果同步仅针对当前（调用）线程进行保存，则返回true，否则false。表示线程是否正在独占资源。只有用到condition才需要去实现它。

(2)tryAcquire(int)：独占方式。尝试获取资源，成功则返回true，失败则返回false。

(3)tryRelease(int)：独占方式。尝试释放资源，成功则返回true，失败则返回false。

(4)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。

(5)tryReleaseShared(int)：共享方式。尝试释放资源，成功则返回true，失败则返回false。

1.  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。
2.  以CountDownLatch以例，任务分为N个子线程去执行，state也初始化为N（注意N要与线程个数一致）。这N个子线程是并行执行的，每个子线程执行完后countDown()一次，state会CAS减1。等到所有子线程都执行完后(即state=0)，会unpark()主调用线程，然后主调用线程就会从await()函数返回，继续后余动作。
3.  一般来说，自定义同步器要么是独占方式，要么是共享方式，它们也只需实现tryAcquire-tryRelease、tryAcquireShared-tryReleaseShared中的一种即可。但AQS也支持自定义同步器同时实现独占和共享两种方式，如ReentrantReadWriteLock。