AQS原理及实战

概要

• Java中的大部分同步类（Lock、Semaphore、ReentrantLock等）都是基于AbstractQueuedSynchronizer（简称为AQS）实现的。
• AQS是一种提供了原子式管理同步状态、阻塞和唤醒线程功能以及CLH队列模型的简单框架。
• AQS同时提供了互斥模式（exclusive）和共享模式（shared）两种不同的同步逻辑。
• 基于AQS同步器实现参考：
  • ReentrantLock
  • ReentrantReadWriteLock
  • Semaphore
  • CountDownLatch
  • ThreadPoolExecutor.Worker

核心思想

• 共享资源（state）变量是volatile int类型，保证可见性
• 基于CLH队列锁模型实现线程阻塞等待及唤醒机制，如图所示：

• Sync queue: 同步队列是一个双向列表，包括head节点和tail节点

• Condition queue: 非必须，单向列表，当程序中存在condition的时候才会存在此列表

设计思想

• AQS使用一个int成员变量来表示同步状态
• 使用Node实现FIFO队列，可以用于构建锁或者其他同步装置
• AQS资源共享方式：独占Exclusive（排它锁模式）和共享Share（共享锁模式）

state状态

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//表示该线程节点已释放（超时、中断），已取消的节点不会再阻塞
static final int CANCELLED =  1;
//表示该线程的后续线程需要阻塞，即只要前置节点释放锁，就会通知标识为 SIGNAL 状态的后续节点的线程
static final int SIGNAL    = -1;
//表示该线程在condition队列中阻塞（Condition有使用）
static final int CONDITION = -2;
//表示该线程以及后续线程进行无条件传播（CountDownLatch中有使用）共享模式下
static final int PROPAGATE = -3;

自定义同步器实现

自定义同步器在实现时只需要实现共享资源state的获取与释放方式即可，主要实现以下几种方法：

• isHeldExclusively()：该线程是否正在独占资源。只有用到condition才需要去实现它。
• tryAcquire(int)：独占方式。尝试获取资源，成功则返回true，失败则返回false。
• tryRelease(int)：独占方式。尝试释放资源，成功则返回true，失败则返回false。
• tryAcquireShared(int)：共享方式。尝试获取资源。负数表示失败；0表示成功，但没有剩余可用资源；正数表示成功，且有剩余资源。
• tryReleaseShared(int)：共享方式。尝试释放资源，如果释放后允许唤醒后续等待结点返回true，否则返回false。

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