JUC之AQS

最新推荐文章于 2024-08-10 20:56:46 发布

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分类专栏： JAVA并发文章标签：多线程 AQS

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[color=red]AQS是同步框架，它进行两个方面的工作：资源的管理和资源申请者的管理。[/color]对应由两部分组成：一个volatile int state（代表共享资源）和一个FIFO线程等待队列（多线程争用资源被阻塞时会进入此队列）。state的访问方式有三种:


	getState()
	setState()
	compareAndSetState()

AQS定义两种资源共享方式：Exclusive（独占，只有一个线程能执行，如ReentrantLock）和Share（共享，多个线程可同时执行，如Semaphore/CountDownLatch）。

[color=red]实现自定义同步器时只需要实现共享资源state的获取与释放方式即可，至于具体线程等待队列的维护（如获取资源失败入队/唤醒出队等），AQS已经在顶层实现好了。[/color]

自定义同步器实现时主要实现以下几种方法：

	isHeldExclusively()：该线程是否正在独占资源。只有用到condition才需要去实现它。
	tryAcquire(int)：独占方式。尝试获取资源，成功则返回true，失败则返回false。
	tryRelease(int)：独占方式。尝试释放资源，成功则返回true，失败则返回false。
	tryAcquireShared(int)：共享方式。尝试获取资源。负数表示失败；0表示成功，但没有剩余可用资源；正数表示成功，且有剩余资源。
	tryReleaseShared(int)：共享方式。尝试释放资源，成功则返回true，失败则返回false。

以ReentrantLock为例，state初始化为0，表示未锁定状态。A线程lock()时，会调用tryAcquire()独占该锁并将state+1。此后，其他线程再tryAcquire()时就会失败，直到A线程unlock()到state=0（即释放锁）为止，其它线程才有机会获取该锁。当然，释放锁之前，A线程自己是可以重复获取此锁的（state会累加），这就是可重入的概念。但要注意，获取多少次就要释放多么次，这样才能保证state是能回到零态的。

　　再以CountDownLatch以例，任务分为N个子线程去执行，state也初始化为N（注意N要与线程个数一致）。这N个子线程是并行执行的，每个子线程执行完后countDown()一次，state会CAS减1。等到所有子线程都执行完后(即state=0)，会unpark()主调用线程，然后主调用线程就会从await()函数返回，继续后余动作。

[color=red]一般来说，自定义同步器要么是独占方法，要么是共享方式，他们也只需实现tryAcquire-tryRelease、tryAcquireShared-tryReleaseShared中的一种即可[/color]。但AQS也支持自定义同步器同时实现独占和共享两种方式，如ReentrantReadWriteLock。
理解了这些，可以很容易的自定义同步器类，如下例子：

class Mutex implements Lock , Serializable{
    private static class Syn extends AbstractQueuedSynchronizer{
        @Override
        protected boolean isHeldExclusively() {
            return getState()==1;
        }
        @Override
        protected boolean tryAcquire(int arg) {
            assert arg==1;
            if(compareAndSetState(0,1)) {
                setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
                return true;
            }
            return false;
        }
        @Override
        protected boolean tryRelease(int arg) {
            assert arg==1;
            if(getState()==0)
                throw new IllegalMonitorStateException();
            setExclusiveOwnerThread(null);
            setState(0);
            return true;
        }
    }
    private Syn syn=new Syn();
    public void lock() {
        syn.acquire(1);
    }
    public void unlock() {
        syn.release(1);
    }
    public void lockInterruptibly() throws InterruptedException{
        syn.acquireInterruptibly(1);
    }
    public boolean tryLock(){
        return syn.tryAcquire(1);
    }
    public boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException{
        return syn.tryAcquireNanos(1,unit.toNanos(time));
    }
    public Condition newCondition(){
        return null;
    }
}

上面说，AQS对资源申请者的管理已经在顶层实现好了，自定义同步器时仅仅需要重写几种特定的方法，不需要关心队列的实现细节。但这里还是简要的了解下。
先看acquire()方法：acquire()方法是独占模式获取资源的顶级入口。代码如下：

 public final void acquire(int arg) {
     if (!tryAcquire(arg) &&
         acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
         selfInterrupt();
 }

流程如下：
1. 调用自定义同步器的tryAcquire()尝试直接去获取资源，如果成功则直接返回；
2. 没成功，则addWaiter()将该线程加入等待队列的尾部，并标记为独占模式；
3. acquireQueued()使线程在等待队列中休息，有机会时（轮到自己，会被unpark()）会去尝试获取资源。获取到资源后才返回。如果在整个等待过程中被中断过，则返回true，否则返回false。
4. 如果线程在等待过程中被中断过，它是不响应的。只是获取资源后才再进行自我中断selfInterrupt()，将中断补上。

再看release()方法，release()方法是独占模式下释放资源的顶级入口。代码如下：

public final boolean release(int arg) {
    if (tryRelease(arg)) {
        Node h = head;//找到头结点
        if (h != null && h.waitStatus != 0)
            unparkSuccessor(h);//唤醒等待队列里的下一个线程
        return true;
    }
    return false;
}

至此，关于AQS的简单介绍就结束了。AQS是许多常用类的基础，比如ReentrantLock,Semaphore,ReentrantReadWriteLock，CountDownLatch等等，都是基于AQS构建的。感兴趣的话可以去看他们的实现。