什么是AQS?
java.util.concurrent包中的大多数同步器实现都是围绕着共同的基础行为,比如等待队列、条件队列、独占获取、共享获取等,而这些行为的抽象就是基于AbstractQueuedSynchronizer(简称AQS)实现的,AQS是一个抽象同步框架,可以用来实现一个依赖状态的同步器。 JDK中提供的大多数的同步器如Lock, Latch, Barrier等,都是基于AQS框架来实现的
- 一般是通过一个内部类Sync继承 AQS
- 将同步器所有调用都映射到Sync对应的方法
AQS具备的特性: - 阻塞等待队列 - 共享/独占 - 公平/非公平 - 可重入 - 允许中断
AQS内部维护属性volatile int state state表示资源的可用状态 State三种访问方式: getState() setState() compareAndSetState()
AQS定义两种资源共享方式
- Exclusive-独占,只有一个线程能执行,如ReentrantLock
- Share-共享,多个线程可以同时执行,如Semaphore/CountDownLatch
不同的自定义同步器竞争共享资源的方式也不同。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,至于具体线程等待队列的维护(如获取资源失败入队/唤醒出 队等),AQS已经在顶层实现好了。自定义同步器实现时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。
同步等待队列
AQS当中的同步等待队列也称CLH队列,CLH队列是Craig、Landin、Hagersten三人发明 的一种基于双向链表数据结构的队列,是FIFO先进先出线程等待队列,Java中的CLH队列是原 CLH队列的一个变种,线程由原自旋机制改为阻塞机制。
AQS 依赖CLH同步队列来完成同步状态的管理:
- 当前线程如果获取同步状态失败时,AQS则会将当前线程已经等待状态等信息构造
成一个节点(Node)并将其加入到CLH同步队列,同时会阻塞当前线程 - 当同步状态释放时,会把首节点唤醒(公平锁),使其再次尝试获取同步状态。
- 通过signal或signalAll将条件队列中的节点转移到同步队列。(由条件队列转化为同 步队列)
条件等待队列
AQS中条件队列是使用单向列表保存的,用nextWaiter来连接:
- 调用await方法阻塞线程;
- 当前线程存在于同步队列的头结点,调用await方法进行阻塞(从同步队列转化到条 件队列)
Condition接口详解
- 调用Condition#await方法会释放当前持有的锁,然后阻塞当前线程,同时向
Condition队列尾部添加一个节点,所以调用Condition#await方法的时候必须持有锁。 - 调用Condition#signal方法会将Condition队列的首节点移动到阻塞队列尾部,然后唤醒因调用Condition#await方法而阻塞的线程(唤醒之后这个线程就可以去竞争锁了),所以调用Condition#signal方法的时候必须持有锁,持有锁的线程唤醒被因调用 Condition#await方法而阻塞的线程。
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