AQS的例子分析

本文通过分析阿里Druid源码中SimpleCanalConnector的connect方法,详细介绍了AQS(Abstract Queued Synchronizer)在并发控制中的作用及其实现原理。

https://blog.youkuaiyun.com/AAA821/article/details/79712522这篇博客介绍了一下AQS

然后看了下阿里Druid的源码,举其中一个方法来解释AQS的作用,通过例子可以更好的理解AQS的作用

这个是SimpleCanalConnector的connect方法,

public void connect() throws CanalClientException {
        if (connected) {
            return;
        }

        if (runningMonitor != null) {
            if (!runningMonitor.isStart()) {
                runningMonitor.start();
            }
        } else {
            waitClientRunning();//这里调用了Sync
            doConnect();
            if (filter != null) { 
                subscribe(filter);
            }
            if (rollbackOnConnect) {
                rollback();
            }
        }

        connected = true;
    }
private void waitClientRunning() {
        try {
            if (zkClientx != null) {
                if (!connected) {// 未调用connect
                    throw new CanalClientException("should connect first");
                }

                mutex.get();// 阻塞等待  mutex = BooleanMutex
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            Thread.currentThread().interrupt();
            throw new CanalClientException(e);
        }
    }

下面是BooleanMutex的get()方法

/**
     * 阻塞等待Boolean为true
     * 
     * @throws InterruptedException
     */
    public void get() throws InterruptedException {
        sync.innerGet(); //sync = Sync
    }

下面是Sync的innerGet()方法

 void innerGet() throws InterruptedException {
            acquireSharedInterruptibly(0);
        }

下面是AbstractQueuedSynchronizer的acquireSharedInterruptibly

public final void acquireSharedInterruptibly(int arg)
            throws InterruptedException {
        if (Thread.interrupted())
            throw new InterruptedException();
        if (tryAcquireShared(arg) < 0)
            doAcquireSharedInterruptibly(arg);
    }

这个方法链的调用,就是在连接前,调用AbstractQueuedSynchronizer的acquireSharedInterruptibly方法,先判断能不用获取到锁(tryAcquireShared 尝试获取共享锁)

1.如果能够获取到锁,则我这个线程就不用阻塞

2.如果获取不到锁,则调用doAcquireSharedInterruptibly方法将线程封装到Node存放到Queue里去,等待获取锁的线程释放锁,才会唤醒你,结束你的阻塞


为什么连接方法就要用到AQS,无非就是想控制并发


<think>好的,用户现在问什么是AQS,也就是AbstractQueuedSynchronizer。之前他问过volatile的用法,现在转向并发框架中的核心组件,可能是对Java并发有更深入的学习需求。我需要先回顾AQS的基本概念,然后思考如何结构清晰地解释。 首先,用户可能已经了解volatile和synchronized等基础并发知识,现在想了解更高级的同步机制。AQS是Java并发包的核心,很多工具如ReentrantLock、Semaphore都基于它实现,所以需要从它的作用、结构、工作原理入手。 接下来,要确定用户的使用场景。可能是在实际开发中遇到了需要自定义锁或同步器的情况,或者面试准备需要理解底层原理。因此,回答需要兼顾理论和实践,给出使用场景和示例。 用户的需求可能包括:AQS的定义、工作原理、优缺点、使用场景以及实际例子。需要分点解释,结构清晰,避免过于技术化的术语,同时保持准确性。 需要检查是否有误解,比如认为AQS是直接使用的类,而实际上通常是继承它来实现自定义同步器。此外,要强调AQS提供的模板方法模式,如何重写tryAcquire和tryRelease等方法。 还要考虑用户可能的后续问题,比如AQS与CAS的关系,或者为什么基于AQS的实现比synchronized更高效。不过当前问题只需要介绍AQS本身,不需要展开太多其他内容。 最后,确保回答符合之前的系统级指令:使用正确的中文术语,数学公式用$...$,但这里可能不太需要公式,重点在代码示例和结构化的解释。需要确认代码示例的正确性,比如ReentrantLock的伪实现,以及自定义同步器的例子。 总结回答结构:定义、核心原理、数据结构、关键方法、使用场景、代码示例、优缺点、与相关技术对比。这样用户能逐步理解AQS的作用和重要性。</think>以下是关于Java中AQS(AbstractQueuedSynchronizer)的详细解析: # Java AQS(抽象队列同步器)深度解析 ## 一、本质定义 AQS是Java并发包(`java.util.concurrent.locks`)的核心框架,采用**模板方法设计模式**,为构建锁和同步器提供**可扩展的基础骨架**。JDK中超过20个并发工具基于AQS实现,包括: - `ReentrantLock` - `Semaphore` - `CountDownLatch` - `ReentrantReadWriteLock` - `ThreadPoolExecutor.Worker` ## 二、核心原理 ### 1. 双重控制机制 $$ \text{同步状态} + \text{等待队列} $$ - **原子状态管理**:通过`volatile int state`变量(提供内存可见性)和CAS操作(保证原子性) - **队列管理**:采用CLH队列变体(双向链表结构)处理线程排队 ### 2. 关键组件 ```java // 伪代码结构示意 abstract class AbstractQueuedSynchronizer { volatile Node head; // 队列头节点 volatile Node tail; // 队列尾节点 volatile int state; // 同步状态 static final class Node { volatile int waitStatus; // 等待状态(CANCELLED/SIGNAL/CONDITION/PROPAGATE) volatile Thread thread; // 关联线程 Node prev; // 前驱节点 Node next; // 后继节点 } } ``` ## 三、工作流程(以获取资源为例) ``` graph TD A[线程尝试获取资源] --> B{成功?} B -->|是| C[修改state并执行] B -->|否| D[创建Node加入队列尾部] D --> E[进入自旋检测] E --> F{前驱是头节点?} F -->|是| G[再次尝试获取资源] G --> H{成功?} H -->|是| I[设置为新头节点] H -->|否| J[判断是否需要阻塞] J --> K[使用LockSupport.park阻塞] ``` ## 四、开发者扩展要点 ### 需要重写的关键方法 | 方法名 | 作用描述 | 返回值要求 | |---------------------|----------------------------------|----------------------| | `tryAcquire(int)` | 独占模式获取资源 | boolean(是否成功) | | `tryRelease(int)` | 独占模式释放资源 | boolean(是否完全释放) | | `tryAcquireShared(int)` | 共享模式获取资源 | int(剩余可用资源数) | | `tryReleaseShared(int)` | 共享模式释放资源 | boolean(是否释放成功) | | `isHeldExclusively()` | 判断是否被当前线程独占 | boolean | ## 五、典型应用案例 ### 自定义二元锁实现 ```java class Mutex extends AbstractQueuedSynchronizer { // 尝试获取锁 protected boolean tryAcquire(int acquires) { if (compareAndSetState(0, 1)) { // CAS操作 setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread()); return true; } return false; } // 尝试释放锁 protected boolean tryRelease(int releases) { if (getState() == 0) throw new IllegalMonitorStateException(); setExclusiveOwnerThread(null); setState(0); // 无需CAS,只有持有者能释放 return true; } } // 使用示例 Mutex mutex = new Mutex(); mutex.acquire(); // 阻塞直到获取锁 try { // 临界区代码 } finally { mutex.release(); } ``` ## 六、性能优势 1. **灵活控制**:相比`synchronized`关键字,提供更细粒度的控制 2. **可扩展性**:支持公平/非公平策略的灵活切换 3. **条件变量**:通过`ConditionObject`支持多条件等待 4. **超时机制**:支持`tryAcquireNanos()`等带超时的方法 ## 七、实现原理亮点 1. **无锁队列管理**:通过CAS实现线程安全的入队/出队操作 2. **自旋优化**:在进入阻塞前进行有限次数的自旋尝试 3. **唤醒传播**:通过`PROPAGATE`状态解决并发释放资源时的传播问题 4. **取消机制**:处理中断和超时请求的节点清理 ## 八、使用场景对比 | 场景 | 推荐实现 | 特点 | |---------------------|--------------------------|--------------------| | 互斥锁 | ReentrantLock | 可重入、可中断 | | 读写锁 | ReentrantReadWriteLock | 分离读/写控制 | | 资源计数 | Semaphore | 控制并发访问量 | | 任务协同 | CountDownLatch | 一次性栅栏 | | 复杂条件同步 | CyclicBarrier | 可重复使用的屏障 | ## 九、注意事项 1. **模板方法规范**:不要直接调用`tryXXX`方法,应通过`acquire/release`等模板方法调用 2. **状态值设计**:合理设计state的语义(如ReentrantLock用state记录重入次数) 3. **性能调优**:根据场景选择公平/非公平策略(非公平模式吞吐量更高) 4. **内存消耗**:每个等待节点约占用40字节内存,需注意高并发下的内存占用 ## 十、源码分析要点 1. `acquireQueued()`方法中的自旋逻辑 2. `shouldParkAfterFailedAcquire()`的节点状态清理 3. `cancelAcquire()`方法中的取消机制 4. `setHeadAndPropagate()`的唤醒传播机制 通过理解AQS的设计,开发者可以更高效地使用Java并发工具,也能根据业务需求定制特殊同步器,是掌握Java并发编程的关键里程碑。
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