进阶笔录-深入理解Java线程之-AQS

àì夳堔傛蜴生んèń 2024-04-07 13:53 170阅读 0赞

### AQS原理析 ###

什么是AQS?

java.util.concurrent包中的大多数同步器实现都是围绕着共同的基础行为，比如等待队列、条件队列、独占获取、共享获取等，而这些行为的抽象就是基于AbstractQueuedSynchronizer（简称AQS）实现的，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。

JDK中提供的大多数的同步器如Lock, Latch, Barrier等，都是基于AQS框架来实现的

*  一般是通过一个内部类Sync继承 AQS
 *  将同步器所有调用都映射到Sync对应的方法

AQS具备的特性：

*  阻塞等待队列
 *  共享/独占
 *  公平/非公平
    
     *  公平：按顺序去获取锁
     *  非公平：有锁竞争，谁先抢到就是谁的，有插队现象
 *  可重入：可重入就是你得到了当前对象的锁后可以在锁中再次进入带有锁的方法(针对同一个线程同一把锁)
 *  允许中断

AQS内部维护属性volatile int state

*  state表示资源的可用状态

State三种访问方式：

*  getState()
 *  setState()
 *  compareAndSetState()

state:同步状态

*  对于独占锁：重入一次递增
 *  对于共享锁：资源个数，减为0时后续的线程就不能获取锁

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：

1.  STATE 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。
2.  CANCELLED，值为1，表示当前的线程被取消；
3.  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；
4.  CONDITION，值为-2，表示当前节点在等待condition，也就是在condition队列中；
5.  PROPAGATE，值为-3，表示当前场景下后续的acquireShared能够得以执行；

不同的自定义同步器竞争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。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，CLH队列是Craig、Landin、Hagersten三人发明的一种==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，==Java中的CLH队列是原CLH队列的一个变种,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