Java AQS 概述

AQS 概述

AQS(队列同步器，AbstractQueuedSynchronizer)，是用来构建锁或其他同步组件的核心基础框架(比如 ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock、Semaphore、CountDownLatch)

AQS的底层结构是：一个整型变量state表示同步状态，一个内置的FIFO队列(同步队列)来实现资源获取线程的同步等待排队，若干个FIFO队列(条件等待队列)来完成持有资源线程的条件等待排队。同步队列如下：

AQS的使用方式

同步器的设计是基于模板方法模式的，其使用方式是继承，子类通过继承同步器并重写指定的模板方法，模板方法分为3类：独占式获取与释放同步状态、共享式获取与释放同步状态、查询队列中的等待线程。在重写过程中可以使用同步器提供的3个方法来管理同步状态state：getState()、setState()和compareAndSetState()，因为它们能够保证state的改变是并发安全的。

当实现一个自定义同步组件时，推荐在内部聚合/组合一个同步器的实现类，该自定义同步组件将通过调用同步器提供的模板方法来实现自己的同步语义。为什么不直接使用同步器呢？因为同步器自身没有实现任何同步接口，它仅仅是定义了若干管理同步状态的方法，这样有利于实现各种类型的同步组件

同步器与锁的关系

同步器是实现锁的关键，在锁的实现中聚合/组合了一个同步器，利用该同步器实现了锁的语义。

可以这样理解二者之间的关系：锁是面向使用者的，它定义了使用者与锁的交互接口，隐藏了实现细节；而同步器面向的是锁的实现者，它简化了锁的实现方式，包括屏蔽同步状态管理、线程的排队、等待与唤醒等底层操作。锁和同步器很好地隔离了使用者和实现者所需关注的领域。

AQS：获取与释放同步状态

1.独占式获取同步状态

查看源码 AbstractQueuedSynchronizer.acquire(..)

public final void acquire(int arg) {
    //tryAcquire(..) 尝试获取同步状态，由子类重写，最经典的实现是互斥锁：state=0(锁自由)，state>0(锁被占用)
    //acquireQueued(..) 进入同步队列，阻塞等待获取锁
    if (!tryAcquire(arg) &&
        acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
        selfInterrupt();
}

由于acquire(..)方法不响应中断，因此AQS也提供了响应中断、超时等待的方法：acquireInterruptibly(..)、tryAcquireNanos(..)

2.独占式释放同步状态

查看源码 AbstractQueuedSynchronizer.release(..)

public final boolean release(int arg) {
    //tryAcquire(..) 尝试释放同步状态，由子类重写
    if (tryRelease(arg)) {
        Node h = head;
        //unparkSuccessor(..) 唤醒被挂起的Node(线程)
        if (h != null && h.waitStatus != 0)
            unparkSuccessor(h);
        return true;
    }
    return false;
}

3.共享式获取同步状态

查看源码 AbstractQueuedSynchronizer.acquireShared(..)

public final void acquireShared(int arg) {
    //tryAcquireShared(..) 尝试获取同步状态，由子类重写，最经典的实现是信号量：state>0(锁很多)，state<0(锁不足)
    //doAcquireShared(..) 进入同步队列，阻塞等待获取锁
    if (tryAcquireShared(arg) < 0)
        doAcquireShared(arg);
}

由于acquireShared(..)方法不响应中断，因此AQS也提供了响应中断、超时等待的方法：acquireSharedInterruptibly(..)、tryAcquireSharedNanos(..)

4.共享式释放同步状态

查看源码 AbstractQueuedSynchronizer.

public final boolean releaseShared(int arg) {
    //tryReleaseShared(..) 尝试释放同步状态，由子类重写
    if (tryReleaseShared(arg)) {
        //doReleaseShared(..) 唤醒被挂起的Node(线程)
        doReleaseShared();
        return true;
    }
    return false;
}

参考文章：

• 【死磕Java并发】—–J.U.C之AQS：AQS简介
• 【死磕Java并发】—–J.U.C之AQS：同步状态的获取与释放