谈谈你对AQS的理解

曾经终败给现在 2023-10-13 20:31 19阅读 0赞

#### 谈谈你对AQS的理解 ####

*  AQS的定义
 *  AQS提供的两种锁机制
 *   *  排他锁
     *  共享锁
 *  AQS作为互斥锁需要解决的三个问题
 *  AQS的工作原理
 *  锁竞争的公平性和非公平性问题
 *   *  公平锁
     *  非公平锁

## AQS的定义 ##

AQS是Abstract Queued Sychronizier（抽象排队同步器）的简称，是并发编程中比较核心的一个组件。

这个组件是J.U.C这个包下面lock锁的一个底层实现。我们可以用它来**实现这个lock底层的这个重入锁**，就是去**实现锁的竞争**，这样的一个**同步器**。

## AQS提供的两种锁机制 ##

AQS是多线程同步器，它是J.U.C包中多个组件的底层实现，比如说像lock、CountDownlatch、Semaphore都用到了AQS。从本质上来说，AQS提供了两种锁的机制，分别是排它锁和共享锁。

### 排他锁 ###

所谓排他锁就是存在多个线程去竞争同一共享资源的时候，同一个时刻只允许一个线程去访问这样一个共享资源。也就是说多个线程中只有一个线程去获得这样一个锁的资源。比如**lock中的Reentrantlock重入锁**。它的一个实现就是用到了AQS中的一个排他锁的功能。

### 共享锁 ###

共享锁也称为读锁，就是在同一个时刻允许多个线程同时获得这样一个锁的资源，比如CountDownLatch以及Semaphore都用到了AQS中的共享锁的功能。

## AQS作为互斥锁需要解决的三个问题 ##

那么AQS作为互斥锁来说，他的整体设计体系中，需要解决三个核心的问题：

1.  互斥变量的设计，以及如何保证多线程同时更新互斥变量的时候，线程的安全性。
2.  未竞争到锁资源的线程的等待。以及竞争到锁的资源，释放锁之后的唤醒。
3.  锁竞争的公平性和非公平性。AQS采用了一个int类型的互斥变量`state`，用来记录锁竞争的一个状态。0表示当前没有任何线程竞争锁资源，而大于等于1表示已经有线程正在持有锁资源。

## AQS的工作原理 ##

一个线程来获取锁资源的时候，首先会判断`state`是否等于**0**，也就是说它是**无锁状态**。如果是，则把这个`state`更新成**1**，表示**占用到锁**。

而这个过程中，如果存在同时多次做这样的一个操作，就会导致线程安全性问题。因此AQS**采用了CAS机制**，去保证`state`互斥变量更新的一个**原子性**。未获得到锁的线程通过Unsafe类中的park方法去进行阻塞，把阻塞的线程按照先进先出的原则，去加入到双向链表的一个结构中。

当获得锁资源的线程释放锁之后，会从这样一个双向链表的头部去**唤醒下一个等待的线程**，再去竞争锁。

## 锁竞争的公平性和非公平性问题 ##

### 公平锁 ###

最后关于锁竞争的公平性和非公平性的问题，AQS的处理方法是在竞争锁资源时候，**公平锁**需要去**判断双向链表中是否有阻塞的线程**，如果有的话，需要排队等待。

### 非公平锁 ###

而非公平锁的处理方式是，**不管双向链表中是否存在等待竞争锁的线程**，那么他都会**直接去尝试更改互斥变量`state`去竞争锁**。

假设在一个临界点，获得锁的线程释放锁，此时state等于0。而当前的这个线程去抢占锁的时候，正好可以把state修改成1，那么这个时候就表示他可以拿到锁，而这个过程是非公平的。

**参考资料**：[【Java面试】大厂高薪岗位必问面试题，谈谈你对AQS的理解][Java_AQS]

[Java_AQS]: https://www.bilibili.com/video/BV1Rm4y1R7Px/?spm_id_from=333.337.search-card.all.click&vd_source=a1af903e57688df870625021f7f3a7eb