AQS及其原理
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AQS及其原理

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AQS简介

AQS全名:AbstractQueuedSynchronizer,是并发容器J.U.C(java.util.concurrent)下locks包内的一个类。它实现了一个FIFO(FirstIn、FirstOut先进先出)的队列。底层实现的数据结构是一个双向链表

SynchronousQueue:同步队列,是一个双向链表。包括head节点和tail节点。head节点主要用作后续的调度。 Condition Queue:等待队列,单向链表,非必须。当程序中存在condition的时候才会存在此列表。

AQS核心思想是,如果被请求的共享资源空闲,则将当前请求资源的线程设置为有效的工作线程,并且将共享资源设置为锁定状态。如果被请求的共享资源被占用,那么就需要一套线程阻塞等待以及被唤醒时锁分配的机制,这个机制AQS是用CLH队列锁实现的,即将暂时获取不到锁的线程加入到队列中。

AQS使用一个volatile int state成员变量来表示同步状态,通过内置的FIFO队列来完成获取资源线程的排队工作。AQS使用CAS对该同步状态进行原子操作实现对其值的修改。

状态信息通过protected类型的getStatesetStatecompareAndSetState进行操作

//返回同步状态的当前值
protected final int getState() {  
        return state;
}
 // 设置同步状态的值
protected final void setState(int newState) { 
        state = newState;
}
//原子地(CAS操作)将同步状态值设置为给定值update如果当前同步状态的值等于expect(期望值)
protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
        return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
}

AQS设计思想

使用Node实现FIFO队列,可以用于构建锁或者其他同步装置的基础框架。

利用int类型标识状态。在AQS类中有一个叫做state的成员变量

  /**
   * The synchronization state.
   */
  private volatile int state;

基于AQS有一个同步组件,叫做ReentrantLock。在这个组件里,state表示获取锁的线程数,假如state=0,表示还没有线程获取锁,1表示有线程获取了锁。大于1表示重入锁的数量。

继承:子类通过继承并通过实现它的方法管理其状态(acquirerelease方法操纵状态)。

可以同时实现排它锁和共享锁模式(独占、共享),站在一个使用者的角度,AQS的功能主要分为两类:独占和共享。它的所有子类中,要么实现并使用了它的独占功能的api,要么使用了共享锁的功能,而不会同时使用两套api,即便是最有名的子类ReentrantReadWriteLock也是通过两个内部类读锁和写锁分别实现了两套api来实现的。

AQS的大致实现思路

AQS内部维护了一个CLH队列来管理锁。线程会首先尝试获取锁,如果失败就将当前线程及等待状态等信息包装成一个node节点加入到同步队列sync queue里。 接着会不断的循环尝试获取锁,条件是当前节点为head的直接后继才会尝试。如果失败就会阻塞自己直到自己被唤醒。而当持有锁的线程释放锁的时候,会唤醒队列中的后继线程。

CLH(Craig,Landin,and Hagersten)队列是一个虚拟的双向队列(虚拟的双向队列即不存在队列实例,仅存在结点之间的关联关系)。AQS是将每条请求共享资源的线程封装成一个CLH锁队列的一个结点(Node)来实现锁的分配。

详细源码解析:https://www.cnblogs.com/waterystone/p/4920797.html
AQS组件:https://blog.csdn.net/jesonjoke/article/details/80054133
CLH锁的实现:https://zhuanlan.zhihu.com/p/197840259

本文由 RawChen 发表, 最后编辑时间为:2022-02-27 11:51
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