那么请谈谈 AQS 框架是怎么回事儿?

AQS(AbstractQueuedSynchronizer)框架是Java并发编程中的一个重要组件,它位于java.util.concurrent包中,用于实现同步器(synchronizer),如锁、信号量、倒计数器等。以下是对AQS框架的详细解释:

一、AQS的核心思想与功能

AQS提供了一种灵活且可扩展的方式来构建自定义的同步机制。其核心思想是,如果被请求的共享资源(state)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。

AQS框架的主要目标是简化多线程编程,并提供一种通用的同步机制,以满足各种并发应用程序的需求。它允许同步器对象维护一个内部状态,这个状态通常用来表示同步资源的可用性或状态。例如,在锁的情况下,状态可以表示锁是否被持有。

二、AQS的主要组成部分

  1. 状态管理:AQS使用一个int成员变量来表示同步状态,这个状态可以表示锁的加锁状态(独占锁时为1,共享锁时可以大于1),也可以表示锁的重入次数。状态变量通过CAS(Compare and Swap)操作进行原子性地修改,以保证线程安全性。
  2. 等待队列:AQS维护一个等待队列,用于存储等待获取同步资源的线程。这个队列通常是一个双向链表(CLH队列的虚拟实现,即不存在队列实例,仅存在结点之间的关联关系),它能够按照先进先出(FIFO)的顺序管理等待线程。当一个线程获取不到锁时,会被加入到等待队列中进行阻塞;当锁被释放时,会唤醒等待队列中的线程。
  3. 获取和释放方法:AQS提供了acquire和release等方法,这些方法可以被子类实现,用来定义获取和释放同步资源的规则。这些方法使用原子操作来高效地管理状态和等待队列。
  4. 条件对象:AQS支持条件对象(Condition),它允许线程在某些条件满足之前等待,并在条件满足时被唤醒。条件对象通常与锁相关联,提供了await、signal和signalAll等方法。

三、AQS的资源共享方式

AQS定义了两种资源共享方式:

  1. 独占(Exclusive):只有一个线程能执行,如ReentrantLock。独占锁又可分为公平锁和非公平锁。公平锁按照线程在队列中的排队顺序分配锁,先到者先拿到锁;非公平锁则无视队列顺序,直接去抢锁。
  2. 共享(Share):多个线程都可以同时获取到锁,如Semaphore/CountDownLatch。

四、AQS的可扩展性

AQS框架的设计具有高度的可扩展性,使得开发者可以基于AQS构建自定义的同步机制,以满足特定需求。开发者只需要实现AQS提供的几个抽象方法(如tryAcquire、tryRelease等),就可以创建自己的同步器。

五、AQS的应用场景

AQS在Java的java.util.concurrent包中广泛使用,许多内置的同步类,如ReentrantLock、Semaphore和CountDownLatch等,都是基于AQS实现的。这些同步类提供了丰富的并发控制功能,如互斥锁、信号量、倒计时门闩等,使得开发者可以更加方便地编写并发程序。

综上所述,AQS框架是Java中用于构建自定义同步机制的强大工具。它简化了多线程编程的复杂性,并提供了一种通用的同步机制来满足各种并发应用程序的需求。通过理解AQS的原理和组件,开发者可以更好地利用Java并发库来编写高效、正确的并发程序。

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