AQS如何实现

目录

AQS 的定义

AQS 如何实现

AQS 主要方法代码实现

AQS 的核⼼思想

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AQS 的定义

        在 Java 并发编程中，AQS（AbstractQueuedSynchronizer）是一个用于实现同步器的抽象基类。它提供了一种基于等待/通知机制的同步原语，可以用来构建各种并发数据结构和同步组件，如锁、信号量、倒计时门栓等。

1. AQS 是一个抽象类：AQS 是一个抽象基类，提供了实现同步器的框架和基本方法，同时规定了派生类应该实现的核心方法。

2. 基于队列的等待机制：AQS 使用一个先进先出（FIFO）的等待队列来管理线程的等待状态。当线程无法获取到所需的同步状态时，它会被封装成一个节点（Node）并入队等待。

3. 状态控制和访问方法：AQS 通过一个整型变量作为同步状态标记对象是否可用或占用，并提供了相关的方法用于获取、释放和修改同步状态。这些方法包括 getState()、setState()、compareAndSetState() 等。

4. Condition 条件队列支持：AQS 还提供了 Condition 接口及其实现类，用于支持条件队列的功能。条件队列允许线程在特定条件下等待并被唤醒，通常与锁一起使用。

5. 派生类的实现：AQS 是一个抽象基类，需要派生类继承并实现其中的抽象方法来完成具体同步器的定义。派生类可以根据自己的需求定制同步策略，并利用 AQS 提供的基本方法来管理等待队列和同步状态。

        通过继承 AQS 并实现相应的方法，开发者可以按照自己的需求构建高效、可靠、线程安全的同步组件。正因为其灵活性和可扩展性，AQS 成为了 Java 并发包中很多同步工具和锁的基础。

AQS 如何实现

        Java 的 AQS（AbstractQueuedSynchronizer）是通过一个双向链表和一个同步状态变量来实现的。下面是 AQS 的主要实现原理：

1. 同步状态变量：AQS 使用一个整型变量表示同步状态，通常表示对象是否可用或被占用。可以通过 getState() 方法获取当前的状态值，并通过 setState() 方法修改状态。

2. 等待队列：AQS 使用一个双向链表来存储等待获取同步状态的线程。这个链表被称为等待队列。每个等待线程都会被封装成一个节点（Node），并加入到队列中。等待队列使用 CLH（Craig, Landin, and Hagersten）锁队列算法来实现高效的线程排队和唤醒操作。

3. 节点状态：每个节点有两个状态，分别是 SIGNAL 和 CANCELLED。SIGNAL 表示后继节点需要被唤醒，CANCELLED 表示节点已经取消（比如超时或被中断），取消的节点将被移出等待队列。

4. 获取同步状态：当一个线程想要获取同步状态时，它会调用 acquire() 相关方法。该方法首先尝试直接获取同步状态，如果成功则继续执行，如果失败则将当前线程封装成一个节点并加入到等待队列中。

5. 释放同步状态：当一个线程完成对同步状态的操作后，它会调用 release() 相关方法来释放同步状态。该方法首先尝试更新同步状态，然后唤醒等待队列中的下一个节点，使其能够尝试获取同步状态。

6. 共享模式：AQS 还支持共享模式的同步操作，例如读写锁。在共享模式下，多个线程可以同时获取同步状态。

7. Condition 条件队列：AQS 还提供了 Condition 接口及其实现类，用于支持条件队列的功能。条件队列允许线程在特定条件下等待并被唤醒，通常与锁一起使用。

        通过使用 AQS 提供的各种方法和基本原理，开发者可以根据自己的需求构建高效、可靠、线程安全的同步组件。当使用 Java 并发包中的锁、信号量、倒计时门栓等同步器时，实际上是在使用 AQS 的具体实现。

AQS 主要方法代码实现

AQS 主要的方法包括 acquire()、release()、tryAcquire() 和 tryRelease() 等。下面是这些方法的简化代码实现：

// 获取同步状态
public void acquire(int arg) throws InterruptedException {
    // 尝试获取同步状态
    if (!tryAcquire(arg)) {
        // 未成功获取，将当前线程封装成节点并加入等待队列
        Node node = addWaiter(Node.EXCLUSIVE);
        // 自旋等待，直到获取同步状态或被中断
        for (;;) {
            if (node.predecessor() == head && tryAcquire(arg)) {
                // 前驱节点是 head，表示成功获取同步状态
                setHead(node);
                node.setPrev(null); // help GC
                return;
            }
            // 阻塞当前线程
            LockSupport.park(this);
            // 当前线程被唤醒，检查是否被中断
            if (Thread.interrupted()) {
                throw new InterruptedException();
            }
        }
    }
}

// 释放同步状态
public boolean release(int arg) {
    if (tryRelease(arg)) {
        Node h = head;
        if (h != null && h.waitStatus != 0) {
            // 唤醒下一个节点
            unparkSuccessor(h);
        }
        return true;
    }
    return false;
}

// 尝试获取同步状态
protected boolean tryAcquire(int arg) {
    throw new UnsupportedOperationException();
}

// 尝试释放同步状态
protected boolean tryRelease(int arg) {
    throw new UnsupportedOperationException();
}

        上述是 AQS 主要方法的简化版实现。实际上，AQS 的源代码更为复杂，还包括了许多细节处理、条件队列等其他功能的实现。通过继承 AQS 并实现 tryAcquire() 和 tryRelease() 方法，可以根据具体需求定制自己的同步策略，并使用 AQS 提供的方法来管理等待队列和同步状态。

AQS 的核⼼思想

        AQS的核心思想是基于状态（state）和等待队列（wait queue）来实现线程同步和互斥。

核心思想包括以下几点：

1. 同步状态：AQS 维护一个同步状态变量，通过该变量表示对象是否被占用或可用。线程在尝试获取同步状态时，需要先检查同步状态是否满足预期条件，如果满足则可以获取，否则需要进行等待。

2. 等待队列：AQS 使用一个双向链表作为等待队列，用于存储等待获取同步状态的线程。每个线程会被封装成一个节点（Node），并加入到等待队列中。等待队列使用 CLH（Craig, Landin, and Hagersten）锁队列算法来实现高效的线程排队和唤醒操作。

3. 独占模式和共享模式：AQS 支持两种同步模式，独占模式和共享模式。独占模式适用于只允许一个线程同时访问的场景（如互斥锁），而共享模式适用于允许多个线程同时访问的场景（如读写锁）。

4. 获取同步状态：当一个线程想要获取同步状态时，它会调用 acquire() 相关方法。该方法会尝试直接获取同步状态，如果成功则继续执行，如果失败则将当前线程封装成一个节点并加入到等待队列中，进入等待状态，直到其他线程释放同步状态。

5. 释放同步状态：当一个线程完成对同步状态的操作后，它会调用 release() 相关方法来释放同步状态。该方法会尝试更新同步状态，并唤醒等待队列中的下一个节点，使其有机会尝试获取同步状态。

        AQS 提供了一种灵活且高效的同步机制，可以用于开发各种同步器，如锁、信号量、倒计时门栓等。开发者可以根据需要重写 AQS 的方法，实现自定义的同步逻辑，并利用 AQS 提供的方法操作同步状态和等待队列，从而构建高性能的线程安全组件。

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