AQS简单学习

最新推荐文章于 2024-06-21 10:55:54 发布

余生之君

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分类专栏： JUC并发编程文章标签： AQS

本文链接：https://blog.csdn.net/java_collect/article/details/105176930

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本文详细探讨了AQS（AbstractQueuedSynchronizer）的作用和原理，包括同步状态管理、线程FIFO队列以及子类需要实现的获取与释放方法。AQS作为构建锁和同步器的基础，简化了线程协作的复杂性，如在ReentrantLock、Semaphore和CountDownLatch中的应用。通过自定义获取和释放方法，读者可以理解如何基于AQS构建自己的线程同步类。

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抽象队列同步器 AbstractQueuedSynchronizer，是一个用于构建锁、同步器、协作的工具类或者框架。

AQS的源码还是比较复杂的，所以应该先理解其作用，场景，再去理解他的结构，原理。

为什么要有AQS？
我们学过的ReentrantLock和semaphore都有共同点，类似个闸门，只允许一定数量的线程通过。还都是同步的，底层都是AQS.
他们的原理里都有个继承AQS的内部类

AQS的比喻 — 面试
一群人去面试，HR要安排签到、叫号、先来后到等工作，其实就类似与AQS。
而面试官不用关心两个面试者是否号码冲突，也不用管他们的排队等待，也不用管叫号唤醒这些都交给AQS去做。

面试官只要说出自己的需求如群面还是单面，如信号量类似于单面进一个出一个，CountDownLatch是群面，等人都到齐了才开始。剩下的唤醒啥的都交给HR。

总结来说AQS的工作：

同步状态state的原子性管理，基于state控制线程的入队阻塞与唤醒
阻塞队列的管理
有了AQS我们可以只用关注业务逻辑，甚至可以自己实现自己的线程协作类

java中AQS的实现类：
主要是线程池里的Worker、Reentrantlock里的公平非公平锁、读写锁里的公平非公平锁、Semphore里的公平非公平锁、CountDownLatch里的锁。
在这里插入图片描述

AQS源码原理

1. state 同步状态

private volatile int state;
//使用系统的CAS指令来实现compareAndSetState方法

state在每个实现类里的意义都不同：

在Semaphore表示剩余的许可证数量
在CountDownLatch里代表还需要倒数的数量
在ReenTrantLock里代表锁的占用情况，如可重入计数，0表示不被任何线程占有。

2. 控制线程抢锁和配合的FIFO队列

AQS会维护一个等待的线程队列，把线程都放到这个队列里，AQS进行排队管理。
在这里插入图片描述
当多个线程争用同一把锁的时候，必须有排队机制将那些没有拿到锁的线程串在一起；当锁释放的时候，锁管理器就会挑选一个线程来占有这个刚释放的锁

3. 需要子类去实现的获取、释放等方法

AQS里有很多protected修饰的方法，需要子类自定义实现的

获取方法：
需要依赖state变量，经常会阻塞。比如ReenTrantLock看state不是0就阻塞等待

释放方法：
在Semaphore，释放就是release方法，作用是释放一个许可证
在CountDownLatch里，释放就是countDown方法，作用倒数一个数即state-1

自己实现一个AQS

写一个类，想好协作的逻辑，实现获取/释放方法。
然后内部写一个类继承AbstractQueuedSynchronizer，最后根据想实现的是一个独占，就重写TryAcquire/TryRelease，共享的就实现TryAcquireShared/TryReleaseShared，
在第一步里的获取和释放方法里去调用内部类的acquire、release或者shared方法。

/**
 * 这是一个类似于CountDownLatch的闩锁类，只不过个数为1，只需要触发signal即可。
 * 因为闩锁是共享性的，所以它使用shared获取和释放方法
 * <p>
 * 代码取自AQS源码注释中举例
 */
public class OneShotLatch {

    private Sync sync = new Sync();

    public void await() throws InterruptedException {
        // 调用AQS的acquireShared，这里的参数没有使用到，实际没啥意义
        sync.acquireSharedInterruptibly(1);
    }

    public void signal() {
        // 调用AQS的releaseShared
        sync.releaseShared(1);
    }


    private static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {

        /**
         * if (tryAcquireShared(arg) < 0)
         * doAcquireSharedInterruptibly(arg);
         *
         * @return -1就会进入阻塞队列，1就是获取锁成功
         */
        @Override
        protected int tryAcquireShared(int arg) {
            // state int默认是0，不等于0说明release方法被执行了
            // 线程这里getState()不是0，就返回1，根据代码就不会进入阻塞队列，就相当于获取到锁了
            return getState() != 0 ? 1 : -1;
        }

        /**
         * @return true代表应该唤醒队列中的线程了，false代表还没放闸应该进入阻塞队列等待
         */
        @Override
        protected boolean tryReleaseShared(int arg) {
            setState(1);
            return true;
        }
    }


    public static void main(String[] args) {
        OneShotLatch oneShotLatch = new OneShotLatch();

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(() -> {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 尝试获取latch。。。。");
                try {
                    oneShotLatch.await();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 开闸放行");
            }).start();
        }

        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        // 开闸，不像countDownLatch需要每个线程倒数
        oneShotLatch.signal();
    }
}