Java知识学习13（AQS详解）

客官°小女子只卖身不卖艺 2024-03-23 16:45 58阅读 0赞

***1、AQS介绍？***

AQS 的全称为 `AbstractQueuedSynchronizer` ，翻译过来的意思就是**抽象队列同步器**。这个类在 `java.util.concurrent.locks` 包下面。

AQS 就是一个抽象类，主要**用来构建锁和同步器**。

public abstract class AbstractQueuedSynchronizer extends AbstractOwnableSynchronizer implements java.io.Serializable {
        
    }

AQS 为构建锁和同步器提供了一些通用功能的实现，因此，使用 AQS **能简单且高效地构造出应用广泛的大量的同步器**，比如我们提到的 `ReentrantLock`，`Semaphore`，其他的诸如 `ReentrantReadWriteLock`，`SynchronousQueue`等等皆是基于 AQS 的。

***2、AQS 原理？***

**AQS 核心思想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 是基于 **CLH 锁** （Craig, Landin, and Hagersten locks） 实现的。

CLH 锁是对自旋锁的一种改进，是一个虚拟的双向队列**加粗样式**（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），**暂时获取不到锁的线程将被加入到该队列中**。AQS 将每条请求共享资源的线程封装成一个 **CLH 队列锁**的一个结点（`Node`）来实现锁的分配。在 CLH 队列锁中，**一个节点表示一个线程**，它保存着线程的引用（`thread`）、 当前节点在队列中的状态（`waitStatus`）、前驱节点（`prev`）、后继节点（`next`）。

CLH 队列锁结构如下图所示：

![在这里插入图片描述][4febb1ac606543309d6e621c3e2e6414.png]

AQS(AbstractQueuedSynchronizer)的核心原理图：  
![在这里插入图片描述][baaf28a9747e430c86a921c90eb8d702.png]

AQS 使用 **int 成员变量** `state` 表示同步状态，通过内置的 **线程等待队列** 来完成获取资源线程的排队工作。

`state` 变量由 `volatile` 修饰，用于展示当前临界资源的获锁情况。

// 共享变量，使用volatile修饰保证线程可见性
    private volatile int state;

另外，状态信息 `state` 可以通过 `protected` 类型的`getState()、setState()`和`compareAndSetState()` 进行操作。并且，这几个方法都是 `final` 修饰的，**在子类中无法被重写**。

//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);
    }

以 `ReentrantLock` 为例，`state` 初始值为 0，表示未锁定状态。A 线程 `lock()` 时，会调用 `tryAcquire()` 独占该锁并将 `state+1` 。此后，其他线程再 `tryAcquire()` 时就会失败，直到 A 线程 `unlock()` 到 `state=0`（即释放锁）为止，其它线程才有机会获取该锁。

当然，释放锁之前，**A 线程自己是可以重复获取此锁的**（`state` 会累加），**这就是可重入的概念**。但要注意，获取多少次就要释放多少次，这样才能保证 `state` 是能回到零态的。

再以 `CountDownLatch` 以例，任务分为 N 个子线程去执行，`state` 也初始化为 N（注意 N 要与线程个数一致）。这 N 个子线程是并行执行的，每个子线程执行完后`countDown()` 一次，`state` 会 `CAS(Compare and Swap)` 减 1。等到所有子线程都执行完后(即 state=0 )，会 `unpark()` 主调用线程，然后主调用线程就会从 `await()` 函数返回，继续后余动作。

[4febb1ac606543309d6e621c3e2e6414.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/23/62930d1f5f7542c7a637d0063b8c767d.png
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