AbstractQueuedSynchronizer源码解读

文章出处 https://www.geek-share.com/detail/2707483520.html

1. 背景

AQS（java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer）是Doug Lea大师创作的用来构建锁或者其他同步组件（信号量、事件等）的基础框架类。JDK中许多并发工具类的内部实现都依赖于AQS，如ReentrantLock, Semaphore, CountDownLatch等等。学习AQS的使用与源码实现对深入理解concurrent包中的类有很大的帮助。
本文重点介绍AQS中的基本实现思路，包括独占锁、共享锁的获取和释放实现原理和一些代码细节。

对于AQS中ConditionObject的相关实现，可以参考我的另一篇博文AbstractQueuedSynchronizer源码解读--续篇之Condition。

2. 简介

AQS的主要使用方式是继承它作为一个内部辅助类实现同步原语，它可以简化你的并发工具的内部实现，屏蔽同步状态管理、线程的排队、等待与唤醒等底层操作。

AQS设计基于模板方法模式，开发者需要继承同步器并且重写指定的方法，将其组合在并发组件的实现中，调用同步器的模板方法，模板方法会调用使用者重写的方法。

3. 实现思路

下面介绍下AQS具体实现的大致思路。

AQS内部维护一个CLH队列来管理锁。
线程会首先尝试获取锁，如果失败，则将当前线程以及等待状态等信息包成一个Node节点加到同步队列里。
接着会不断循环尝试获取锁（条件是当前节点为head的直接后继才会尝试）,如果失败则会阻塞自己，直至被唤醒；
而当持有锁的线程释放锁时，会唤醒队列中的后继线程。

下面列举JDK中几种常见使用了AQS的同步组件：

• ReentrantLock: 使用了AQS的独占获取和释放,用state变量记录某个线程获取独占锁的次数,获取锁时+1，释放锁时-1，在获取时会校验线程是否可以获取锁。
• Semaphore: 使用了AQS的共享获取和释放，用state变量作为计数器，只有在大于0时允许线程进入。获取锁时-1，释放锁时+1。
• CountDownLatch: 使用了AQS的共享获取和释放，用state变量作为计数器，在初始化时指定。只要state还大于0，获取共享锁会因为失败而阻塞，直到计数器的值为0时，共享锁才允许获取，所有等待线程会被逐一唤醒。

3.1 如何获取锁

获取锁的思路很直接：

[code]while (不满足获取锁的条件) {
把当前线程包装成节点插入同步队列
if (需要阻塞当前线程)
阻塞当前线程直至被唤醒
}
将当前线程从同步队列中移除

以上是一个很简单的获取锁的伪代码流程，AQS的具体实现比这个复杂一些，也稍有不同，但思想上是与上述伪代码契合的。
通过循环检测是否能够获取到锁，如果不满足，则可能会被阻塞，直至被唤醒。

3.2 如何释放锁

释放锁的过程设计修改同步状态，以及唤醒后继等待线程：

[code]修改同步状态
if (修改后的状态允许其他线程获取到锁)
唤醒后继线程

这只是很简略的释放锁的伪代码示意，AQS具体实现中能看到这个简单的流程模型。

3.3 API简介

通过上面的AQS大体思路分析，我们可以看到，AQS主要做了三件事情

• 同步状态的管理
• 线程的阻塞和唤醒
• 同步队列的维护

下面三个protected final方法是AQS中用来访问/修改同步状态的方法:

• int getState(): 获取同步状态

• void setState(): 设置同步状态

• boolean compareAndSetState(int expect, int update)：基于CAS，原子设置当前状态

在自定义基于AQS的同步工具时，我们可以选择覆盖实现以下几个方法来实现同步状态的管理：

以上的几个试获取/释放锁的方法的具体实现应当是无阻塞的。

AQS本身将同步状态的管理用模板方法模式都封装好了，以下列举了AQS中的一些模板方法：

tryAcquire

acquire

acquire

tryAcquireShared

acquireShared

acquireShared

上面看上去很多方法，其实从语义上来区分就是获取和释放，从模式上区分就是独占式和共享式，从中断相应上来看就是支持和不支持。

源码解读  请参考https://www.geek-share.com/detail/2707483520.html