Java并发同步框架AQS深入解析

1. AQS简介 AQS，全称是AbstractQueuedSynchronizer，即抽象队列同步器，是Java并发包中重要的同步器框架之一。它提供了底层实现细节，用于构建锁（Locks）及其他同步器组件，如信号量（Semaphores）、事件（Events）等。AQS利用内部的一个FIFO队列来管理线程排队工作，并通过内置的状态变量来表示资源的状态。 2. AQS的核心原理 AQS主要基于模板方法模式来设计的，它定义了获取资源和释放资源的抽象方法，并留待子类具体实现。具体到实现层面，AQS使用了volatile的int类型的state变量来表示资源的可用数量，以及一个FIFO队列来管理等待资源的线程。 3. 资源获取与释放 在资源获取方面，AQS提供了acquire方法，用于获取独占式的访问权限；而在资源释放方面，它提供了release方法。这两种方法分别通过tryAcquire和tryRelease两个钩子方法来定义如何获取和释放资源。这些钩子方法由AQS的子类定义，以实现特定的同步功能。 4. 等待队列的管理 当线程无法获取资源时，AQS会将线程封装为节点（Node）加入到等待队列中，等待后续的唤醒操作。节点间构成双向链表，前驱节点和后继节点互相引用。AQS通过head和tail两个指针来维护队列的状态，head指向队列中的第一个等待节点，tail指向最后一个等待节点。 5. 条件变量Condition AQS中还支持条件变量的实现，即Condition接口。通过这个接口，线程可以在某个条件成立前挂起，直到其他线程改变了条件状态，并且调用了Condition的signal方法来唤醒等待的线程。AQS通过条件变量支持单个线程或一组线程的等待/通知模式。 6. AQS的子类实现 在java.util.concurrent包中，许多同步工具类都是AQS的子类。例如，ReentrantLock使用AQS来实现可重入的独占锁；Semaphore使用AQS来实现一个计数信号量；ReentrantReadWriteLock使用AQS的双层条件变量机制来实现读写锁；FutureTask使用AQS来实现任务的状态同步等。 7. 独占模式与共享模式 AQS提供了两种资源共享模式：独占模式和共享模式。独占模式下，每次只有一个线程能够执行，如ReentrantLock；共享模式下，允许多个线程同时执行，如Semaphore、CountDownLatch等。根据不同的模式，AQS定义了不同的钩子方法，如tryAcquireShared和tryReleaseShared等。 8. AQS的优势 使用AQS构建同步器可以降低实现的复杂性，因为它已经提供了线程排队管理和等待/通知机制。开发者只需要关注同步器的核心逻辑，并实现AQS提供的部分方法即可。此外，AQS内部提供了公平和非公平的线程调度策略，这使得同步器可以根据需求灵活地选择。 9. AQS的限制 虽然AQS能够简化同步器的实现，但它也不是万能的。在某些情况下，AQS可能无法提供足够的灵活性来满足特定的同步需求。此外，AQS的内部实现机制较为复杂，需要开发者具有较为深厚的理解才能正确地使用和扩展AQS。 10. 应用实例分析 以ReentrantLock为例，当一个线程尝试获取锁时，会调用AQS的acquire方法。如果锁可用，则将状态设置为已获取状态，并将当前线程设置为独占线程。如果锁已被占用，则将当前线程加入到等待队列中。当锁被释放时，会调用release方法，将状态释放，并唤醒等待队列中的下一个节点所代表的线程。这些操作都是在AQS的框架下，由ReentrantLock具体实现的。 总结而言，AQS是Java并发编程中的核心组件之一，理解并能够运用AQS框架对于深入学习Java并发工具类及提高并发编程能力至关重要。