线程安全（六）AQS 的工作原理

news2024/11/13 23:32:46

- 一、AQS 概述
- - 1.1 什么是 AQS？
  - 1.2 AQS 与 synchronized 区别：
  - 1.3 AQS 常见的实现类：
- 二、AQS 的工作原理
- - 2.1 state 的用途：
  - 2.2 AQS 双向链表：
  - 2.3 ConditionObject 双向队列：
  - 2.4 总结：画图说明
- 三、AQS 资源同步
- - 3.1 AQS 资源同步方式
  - 3.2 自定义同步器
  - 3.3 常见同步工具类
  - - 1）Semephore 信号量
    - 2）CountDownLatch 计数器
    - 3）CyclicBarrier 循环栅栏

一、AQS 概述

1.1 什么是 AQS？

AQS 就是 AbstractQueuedSynchronizer 抽象类 的简称，它其实就是 JUC 包下的一个基类。
JUC 下的很多内容都是基于 AQS 实现了部分功能，比如：ReentrantLock、ThreadPoolExecutor、阻塞队列、CountDownLatch、Semaphore、CyclicBarrier 等等都是基于 AQS 实现的。

1.2 AQS 与 synchronized 区别：

synchronized	AQS
关键字，C++ 语言实现	Java 语言实现
悲观锁，自动释放锁	悲观锁，手动开启和关闭锁
锁竞争激烈，都是重量级锁，性能差	锁竞争激烈的情况下，提供了多种解决方案

1.3 AQS 常见的实现类：

ReentrantLock：阻塞式锁
Semaphore：信号量
CountDownLatch：计数器
CyclicBarrier：循环屏障

二、AQS 的工作原理

首先 AQS 中提供了一个由 volatile 修饰，并且采用 CAS 方式修改的 int 类型的 state 变量。

2.1 state 的用途：

ReentrantLock 中，使用 state 属性来标记当前互斥锁是否有线程持有，如果没有线程持有的话 state 就是 0，如果有线程持有的话 state 是大于 0 的。
ThreadPoolExecutor 中，worker 工作线程也是基于 state 变量来实现了一个锁的概念。
CountDownLatch 中，将 state 变量作为一个计数器，CountDownLatch 会在构建时声明好总数是多少。这个总数会直接赋值给 state，每次执行 countDown() 方法的时候，就会对 state 执行 -1 的操作。
Semaphore 中，也是基于 state 变量去记录现在有多少个资源，每个线程想要拿资源去操作时，也是对 state 进行 -1 的操作；当归还资源时，再执行 +1 操作。

由此可以看出，这个 state 变量是非常非常核心的一个属性。只要是用到了 AQS 基本上都用到了 state 属性。

2.2 AQS 双向链表：

除了 state 变量，AQS 中维护了一个 双向链表，有 head，有 tail，并且每个节点都是 Node 对象。

Node 源码如下所示：

static final class Node {
   
    // 表示线程以共享的模式等待锁
    static final Node SHARED = new Node();
    // 表示线程以独占的模式等待锁
    static final Node EXCLUSIVE = null;

    // 状态声明
    // 为0，表示当一个Node被初始化的时候的默认值
    // 为1，表示线程获取锁的请求已经取消了
    static final int CANCELLED =  1;
    // 为-1，表示线程已经准备好了，就等资源释放了
    static final int SIGNAL    = -1;
    // 为-2，表示节点在等待队列中，节点线程等待唤醒
    static final int CONDITION = -2;
    // 为-3，当前线程处在SHARED情况下，该字段才会使用（解决jdk1.5中的一个Bug）
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