AQS同步队列结构分析

同步队列结构

AQS使用的同步队列是基于一种CLH锁算法来实现。

CLH锁也是一种基于链表的可扩展、高性能、公平的自旋锁，申请线程只在本地变量上自旋，它不断轮询前驱的状态，如果发现前驱释放了锁就结束自旋.

同步器中包含了两个节点类型的引用，一个指向头节点(head)，一个指向尾节点(tail),没有获取到锁的线程，加入到队列的过程必须保证线程安全，因此同步器提供了一个基于CAS的设置尾节点的方法 CompareAndSetTail(Node expect,Node update),它需要传递当前线程认为的尾节点和当前节点，只有设置成功后，当前节点才能正式与之前的尾节点建立关联。

同步器队列遵循 FIFO,首节点是获取锁成功的节点,首节点的线程在释放锁时,会唤醒后续节点,而后继节点在成功获取到锁后,会把自己设置成首节点,设置首节点是由获取锁成功的线程来完成的,由于只有一个线程能成功获取到锁,所以设置首节点不需要 CAS。

AQS实现一个线程安全的计数器

自定义互斥锁

package com.rumenz.task.aqs;


import java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer;
public class MyLock {

    private static final Sync STATE_HOLDER = new Sync();

    /**
     * 通过Sync内部类来持有同步状态， 当状态为1表示锁被持有，0表示锁处于空闲状态
     */
    private static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {

        /**
         * 是否被独占， 有两种表示方式
         *  1. 可以根据状态，state=1表示锁被占用，0表示空闲
         *  2. 可以根据当前独占锁的线程来判断，即getExclusiveOwnerThread()!=null 表示被独占
         */
        @Override
        protected boolean isHeldExclusively() {
            return getExclusiveOwnerThread() != null;
        }

        /**
         * 尝试获取锁，将状态从0修改为1，操作成功则将当前线程设置为当前独占锁的线程
         */
        @Override
        protected boolean tryAcquire(int arg) {
            if (compareAndSetState(0, 1)) {
                setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
                return true;
            }
            return false;
        }

        /**
         * 释放锁，将状态修改为0
         */
        @Override
        protected boolean tryRelease(int arg) {
            if (getState() == 0) {
                throw new UnsupportedOperationException();
            }
            setExclusiveOwnerThread(null);
            setState(0);
            return true;
        }

    }

    /**
     * 下面的实现Lock接口需要重写的方法，基本是就是调用内部内Sync的方法
     */
    public void lock() {
        STATE_HOLDER.acquire(1);
    }

    public void unlock() {
        STATE_HOLDER.release(1);
    }
}

测试案例

package com.rumenz.task.aqs;

import org.omg.Messaging.SYNC_WITH_TRANSPORT;

import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Semaphore;


public class LockTest {
    private final static Integer clientTotal=100000;
    private final static Integer threadTotal=200;
    private static Count count=new Count();
    private static Count unSafe=new Count();

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
        final CountDownLatch countDownLatch=new CountDownLatch(clientTotal);
        final Semaphore semaphore=new Semaphore(threadTotal);

        for (int i = 0; i < clientTotal; i++) {

            executorService.execute(()->{
                try{
                    semaphore.acquire();
                    count.getIncrement();
                    unSafe.getUnSafeIncrement();
                    semaphore.release();

                }catch (Exception e){
                    e.printStackTrace();
                }
                countDownLatch.countDown();
            });
        }
        countDownLatch.await();
        System.out.println("safe:"+count.getCount());
        System.out.println("unSafe:"+unSafe.getCount());
        executorService.shutdown();



    }


}

class Count{
    private MyLock myLock;
    private volatile int count;

     Count() {
        this.myLock=new MyLock();
    }

     int getCount(){
        return count;
    }
     int getIncrement(){
        myLock.lock();
        count++;
        myLock.unlock();
        return count;
    }
     int getUnSafeIncrement(){
        count++;
        return count;
    }
}

输出结果

safe:100000
unSafe:99995

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