AQS简介

AQS简介

AQS,AbstractQueuedSynchronizer,即队列同步器
AQS即是AbstractQueuedSynchronizer,一个用来构建锁和同步工具的框架,包括常用的ReentrantLock、CountDownLatch、Semaphore等
AQS功能可以分为两类:独占锁和共享锁

它是构建锁或者其他同步组件的基础框架(如ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock、Semaphore等),JUC并发包的作者(Doug Lea)期望它能够成为实现大部分同步需求的基础。它是JUC并发包中的核心基础组件。

AQS解决了子类实现同步器时涉及到的大量细节问题,例如获取同步状态、FIFO同步队列。基于AQS来构建同步器可以带来很多好处。它不仅能够极大地减少实现工作,而且也不必处理在多个位置上发生的竞争问题。

在基于AQS构建的同步器中,只能在一个时刻发生阻塞,从而降低上下文切换的开销,提高了吞吐量。同时在设计AQS时充分考虑了可伸缩行,因此J.U.C中所有基于AQS构建的同步器均可以获得这个优势。

AQS的主要使用方式是继承,子类通过继承同步器并实现它的抽象方法来管理同步状态。

AQS使用一个int类型的成员变量state来表示同步状态,当state = 1时表示已经获取了锁,当state = 0时表示释放了锁。

它提供了三个方法(getState()、setState(int newState)、compareAndSetState(int expect,int update))来对同步状态state进行操作,当然AQS可以确保对state的操作是安全的。

AQS通过内置的FIFO同步队列来完成资源获取线程的排队工作,如果当前线程获取同步状态失败(锁)时,AQS则会将当前线程以及等待状态等信息构造成一个节点(Node)并将其加入同步队列,同时会阻塞当前线程,当同步状态释放时,则会把节点中的线程唤醒,使其再次尝试获取同步状态。

AQS 定义两种资源共享方式

  • Exclusive 独占资源-ReentrantLock
    Exclusive(独占,只有一个线程能执行,如 ReentrantLock)

  • Share 共享资源-Semaphore/CountDownLatch
    Share(共享,多个线程可同时执行,如 Semaphore/CountDownLatch)

  • ReentrantReadWriteLock 实现独占和共享两种方式

AQS 组件总结

  • Semaphore(信号量)-允许多个线程同时访问: synchronized 和 ReentrantLock 都是一次只允许一个线程访问某个资源,Semaphore(信号量)可以指定多个线程同时访问某个资源。
  • CountDownLatch (倒计时器): CountDownLatch是一个同步工具类,用来协调多个线程之间的同步。这个工具通常用来控制线程等待,它可以让某一个线程等待直到倒计时结束,再开始执行。
  • CyclicBarrier(循环栅栏): CyclicBarrier 和 CountDownLatch 非常类似,它也可以实现线程间的技术等待,但是它的功能比 CountDownLatch 更加复杂和强大。主要应用场景和 CountDownLatch 类似。CyclicBarrier 的字面意思是可循环使用(Cyclic)的屏障(Barrier)。它要做的事情是,让一组线程到达一个屏障(也可以叫同步点)时被阻塞,直到最后一个线程到达屏障时,屏障才会开门,所有被屏障拦截的线程才会继续干活。CyclicBarrier默认的构造方法是 CyclicBarrier(int parties),其参数表示屏障拦截的线程数量,每个线程调用await()方法告诉 CyclicBarrier 我已经到达了屏障,然后当前线程被阻塞。

AQS主要方法

  • getState():返回同步状态的当前值;
  • setState(int newState):设置当前同步状态;
  • compareAndSetState(int expect, int update):使用CAS设置当前状态,该方法能够保证状态设置的原子性;
    /**
     * The synchronization state.
     */
    private volatile int state;
    /**
     * @return current state value
     */
    protected final int getState() {
        return state;
    }

    /**
     * @param newState the new state value
     */
    protected final void setState(int newState) {
        state = newState;
    }

    protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
        // See below for intrinsics setup to support this
        return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
    }
  • tryAcquire(int arg):独占式获取同步状态,获取同步状态成功后,其他线程需要等待该线程释放同步状态才能获取同步状态;
  • tryRelease(int arg):独占式释放同步状态;
  • tryAcquireShared(int arg):共享式获取同步状态,返回值大于等于0则表示获取成功,否则获取失败;
  • tryReleaseShared(int arg):共享式释放同步状态;
  • isHeldExclusively():当前同步器是否在独占式模式下被线程占用,一般该方法表示是否被当前线程所独占;
  • acquire(int arg):独占式获取同步状态,如果当前线程获取同步状态成功,则由该方法返回,否则,将会进入同步队列等待,该方法将会调用可重写的tryAcquire(int arg)方法;
  • acquireInterruptibly(int arg):与acquire(int arg)相同,但是该方法响应中断,当前线程为获取到同步状态而进入到同步队列中,如果当前线程被中断,则该方法会抛出InterruptedException异常并返回;
  • tryAcquireNanos(int arg,long nanos):超时获取同步状态,如果当前线程在nanos时间内没有获取到同步状态,那么将会返回false,已经获取则返回true;
  • acquireShared(int arg):共享式获取同步状态,如果当前线程未获取到同步状态,将会进入同步队列等待,与独占式的主要区别是在同一时刻可以有多个线程获取到同步状态;
  • acquireSharedInterruptibly(int arg):共享式获取同步状态,响应中断;
  • tryAcquireSharedNanos(int arg, long nanosTimeout):共享式获取同步状态,增加超时限制;
  • release(int arg):独占式释放同步状态,该方法会在释放同步状态之后,将同步队列中第一个节点包含的线程唤醒;
  • releaseShared(int arg):共享式释放同步状态;

AQS锁用法

  • ReentrantLock
public static void main(String[] args){
    ReentrantLock lock=new ReentrantLock();
    try {
        if (lock.tryLock()){
            //业务逻辑处理
        }
    } catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}
  • Semaphore
public static void main(String[] args){
    // 最大同时能接收500个请求
    Semaphore semaphore=new Semaphore(500);
    try {
        if (semaphore.tryAcquire()){
            //业务逻辑处理
        }
    } catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
    } finally {
        semaphore.release();
    }
}
  • CountDownLatch
/**
 * @author yanyugang
 * @description ${todo}
 * @date 2019/9/6 20:49
 */
public class CountDownLatchTest {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        System.out.println("====begin====");

        // 匿名内部类
        // 当前线程需要等待的线程数
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(2) {
            @Override
            public void await() throws InterruptedException {
                super.await();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " count down is ok");
            }
        };

        Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is done");
                // 释放锁
                countDownLatch.countDown();
            }
        }, "thread1");

        Thread thread2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    Thread.sleep(2000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is done");
                // 释放锁
                countDownLatch.countDown();
            }
        }, "thread2");

        thread1.start();
        thread2.start();
        // Causes the current thread to wait until the latch has counted down to zero
        countDownLatch.await();
        System.out.println("====end====");
    }
}

参考文档:

  1. http://cmsblogs.com/?p=2174

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