多线程安全——AQS

最新推荐文章于 2025-04-14 15:48:24 发布
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分类专栏： Java 多线程与高并发 文章标签： 线程安全 thread 多线程 juc
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AQS（AbstractQueuedSynchronizer）是Java并发编程中的核心类，用于构建锁和同步器。它通过维护一个同步状态并管理线程的阻塞与唤醒，实现了独占和共享两种资源访问模式。在AQS中，线程通过CLH队列进行等待，当资源可用时，线程被唤醒。ReentrantLock、Semaphore和CountDownLatch等并发工具类都是基于AQS实现的。

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概念

AbstractQueuedSynchronizer抽象类（以下简称AQS）是整个java.util.concurrent包的核心。在JDK1.5时，Doug Lea引入了J.U.C包，该包中的大多数同步器都是基于AQS来构建的。AQS框架提供了一套通用的机制来管理同步状态（synchronization state）、阻塞/唤醒线程、管理等待队列。如常用的 ReentrantLock/Semaphore/CountDownLatch都是依赖于它。

AQS框架，分离了构建同步器时的一系列关注点，它的所有操作都围绕着资源——同步状态（synchronization state）来展开，并替用户解决了如下问题：

  • 资源是可以被同时访问？还是在同一时间只能被一个线程访问？（共享/独占功能）
  • 访问资源的线程如何进行并发管理？（等待队列）
  • 如果线程等不及资源了，如何从等待队列退出？（超时/中断）

AQS框架将剩下的一个问题留给用户：
什么是资源？如何定义资源是否可以被访问？

这其实是一种典型的模板方法设计模式：父类（AQS框架）定义好骨架和内部操作细节，具体规则（比如资源的获取/释放方式）由子类去实现。

资源访问模式

支持独占模式和共享模式

Exclusive 独占资源

Exclusive（独占，只有一个线程能执行，如 ReentrantLock）

Share 共享资源

Share（共享ÿ

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1.1 什么是线程安全？线程安全（Thread Safe）是指当多个线程访问一个对象时，如果不考虑多线程运行的调度或者交替执行，并且 guarantees 不发生未知行为的话，那这个对象就是线程安全的。也就是说，任何时候不同的线程都能正确地使用该对象。无论从哪个角度来看都是安全的。一般情况下，一个类是线程安全的，当且仅当对其所有公共方法进行串行化时，它才是线程安全的。换句话说，对于一个类的每个 public 方法，都不需要做额外的同步措施，这个类才是线程安全的。那么，如何才能做到线程安全呢？
多线程基础——锁
城南孔乙己的专栏
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多线程(AQS)
奔跑的蜗牛@1997
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多线程--AQS
qq_45489824的博客
05-07 411
多线程--AQS一、AQS详解二、源码阅读 一、AQS详解 什么是AQS AQS：AbstractQuenedSynchronizer抽象的队列式同步器。是除了java自带的synchronized关键字之外的锁机制。AQS的全称为（AbstractQueuedSynchronizer），这个类在java.util.concurrent.locks包 AQS的核心思想是，如果被请求的共享资源...
AQS（AbstractQueuedSynchronizer）详解
最新发布
weixin_74417835的博客
04-14 880
提供了通用的同步框架支持多种同步方式性能高效扩展性好。
java 并发编程之AQS(并发界的扫地僧)
长草颜团子
08-26 6123
AQS是什么 所谓AQS，指的是AbstractQueuedSynchronizer，它提供了一种实现阻塞锁和一系列依赖FIFO等待队列的同步器的框架，ReentrantLock、Semaphore、CountDownLatch、CyclicBarrier等并发类均是基于AQS来实现的，具体用法是通过继承AQS实现其模板方法，然后将子类作为同步组件的内部类。把它比喻成扫地僧是比较合理的,把线程相关技术比喻成一些武功秘籍,那么AQS就是作者,掌握了秘籍的灵魂. 用AQS自己模拟一个CountDownLat
多线程——AQS及其原理
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AQS简介 AQS全名：AbstractQueuedSynchronizer，是并发容器J.U.C（java.util.concurrent）下locks包内的一个类。它实现了一个FIFO(FirstIn、FisrtOut先进先出)的队列。底层实现的数据结构是一个双向链表。 AQS核心思想是，如果被请求的共享资源空闲，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，这个机制AQS是用CLH队列.
Java并发之谈谈对AQS的理解
刘成
12-06 1806
一、写在前面 这篇文章，我们来聊聊面试的时候比较有杀伤力的一个问题：聊聊你对AQS的理解？ 之前有同学反馈，去互联网公司面试，面试官聊到并发时就问到了这个问题。当时那位同学内心估计受到了一万点伤害。。。 因为首先，很多人还真的连AQS是什么都不知道，可能听都没听说过。或者有的人听说过AQS这个名词，但是可能连具体全称怎么拼写都不知道。 更有甚者，可能会说：AQS？是不是一种思想？我们平时开...
java——AQS（AbstractQueuedSynchronizer）
oopxiajun博客专栏
12-21 2266
AQS（AbstractQueuedSynchronizer）是Java并发包（java.util.concurrent）中的一个核心组件，是构建锁和其他同步器的基础框架。
多线程与高并发（三）—— 源码解析 AQS 原理
m0_56069948的博客
07-28 365
AQS是一个同步框架，关于同步在操作系统（一）——进程同步中对进程同步做了些概念性的介绍，我们了解到进程（线程同理，本文基于JVM讲解，故下文只称线程）同步的工具有很多但是Mutex和Semaphore作为低级通信存在不少缺点，Monitor机制解决了上面部分缺憾，但是仍然存在问题，AQS的出现很好的解决了这些问题。AQS即一个类，java.util.concurrent.AbstractQueuedSynchronized.Class，这个类作为一个构造同步器的框架。https。...
Java 多线程 —— AQS 详解
Morty的技术乐园
06-13 2724
引言
Java多线程 - AQS详解
weixin_33919941的博客
06-18 233
介绍 AQS是java.util.concurrent.locks下类AbstractQueuedSynchronizer的简称，是用于 通过Java源码来构建多线程的锁和同步器的一系列框架，用于Java多线程之间的同步，它的类及类结构图如下: 原理 在AQS类中维护了一个使用双向链表Node实现的FIFO队列，用于保存等待的线程，同时利用一个int类型的state来表示...
多线程-AQS浅析
zongx的博客
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1. AQS简介 AQS：AbstractQueuedSynchronizer，即队列同步器。它是构建锁或者其他同步组件的基础框架（如ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock、Semaphore等）。 JUC包下的核心基础组件。也是实现大部分同步需求的基础。学习该组件是学习JUC绕不开的一块内容。 AQS解决了子类实现同步器时涉及当的大量细节问题，例如获取同步...
多线程-深入理解 AQS
wangzhipeng47的博客
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我画了35张图，就是为了让你深入理解 AQS 前言 谈到并发，我们不得不说AQS(AbstractQueuedSynchronizer)，所谓的AQS即是抽象的队列式的同步器，内部定义了很多锁相关的方法，我们熟知的ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock、CountDownLatch、Semaphore等都是基于AQS来实现的。 我们先看下AQS相关的UML图： 1 AQS实现原理 AQS中 维护了一个volatile int st...
多线程基础之AQS
qq_43614498的博客
05-17 337
一 AQS:是抽象的队列式的同步器 内部定义了很多锁相关的方法，我们熟知的ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock、CountDownLatch、Semaphore等都是基于AQS来实现的。 我们先看下AQS相关的UML图： 1 AQS实现原理 AQS中 维护了一个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）。 这里volatile能够保证多线程下的可见性，当state=1则代表当前对象锁已经被占有，
多线程之AQS学习
m0_37735176的博客
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多线程并发访问共享资源时，为了保证数据的安全性，我们采用加锁的手段保证多线程访问共享资源的安全（这里不讨论无锁手段）。锁可以大致分为两种----Synchronized锁和基于Lock，AQS的实现锁。AQS是一个抽象队列同步器（Abstract Queued Synchronizer），用来控制多线程对共享资源的同步操作。常见的锁如：ReentrantLock, ReentrantReadWri...
多线程AQS
weixin_30709929的博客
02-22 161
参考： AQS原理分析https://blog.youkuaiyun.com/javazejian/article/details/75043422 重入读写锁原理分析https://blog.youkuaiyun.com/LightOfMiracle/article/details/73184755 转载于:https://www.cnblogs.com/kancy/p/10417010....
多线程之AQS原理
qq_31957747的博客
07-10 688
AQS，全称为AbstractQueuedSynchronizer，粗粗的翻译下就是抽象的队列式的同步器。 java.util.concurrent包中很多同步类，都是基于AQS，像ReentrantLock、Semaphore等等。 小小的截取一段ReentrantLock类的这部分代码：
线程安全问题CountDownLatch
04-01
### 关于 Java 中 `CountDownLatch` 的线程安全问题及解决方案 #### 什么是 `CountDownLatch` `CountDownLatch` 是 Java 并发工具包 (`java.util.concurrent`) 提供的一个同步辅助类，允许一个或多个线程等待其他线程完成操作后再继续执行。其核心功能是通过一个计数器实现的，当计数器减到零时，所有因该锁而阻塞的线程都会被释放并继续运行。 #### 线程安全性分析 `CountDownLatch` 自身是一个线程安全的类[^1]。它的设计基于 AQS (AbstractQueuedSynchronizer)，内部使用了原子变量来确保线程之间的可见性和顺序性。因此，在正常使用场景下，`CountDownLatch` 不会存在线程安全问题。 然而，实际应用中可能会因为外部因素引入潜在的安全隐患。以下是可能引发问题的情况： 1. **共享资源访问未加保护** 如果在 `CountDownLatch` 使用过程中涉及对共享资源的操作，而这些操作本身不是线程安全的，则可能导致数据竞争或其他一致性问题。例如，多个线程在调用 `countDown()` 方法的同时修改某个全局变量，如果没有额外的同步机制，就会破坏程序的状态一致性和正确性[^2]。 2. **错误初始化或重置行为** `CountDownLatch` 的计数值一旦设置便不可更改（除非重新创建实例）。如果开发者试图在一个已经触发过 countdown 到零的对象上再次调用 `await()` 或者尝试手动调整计数器值，这将违反预期逻辑，并可能导致死锁或者不正确的流程控制[^3]。 #### 解决方案 针对上述提到的问题，可以采取以下措施加以规避和改进： 1. **合理封装对外接口** 将所有的业务逻辑以及与 `CountDownLatch` 相关的操作都集中管理起来，避免直接暴露给客户端代码随意调用。这样不仅能够减少误用风险，还能更好地维护系统的可读性和扩展性。 下面展示了一个简单的例子，其中定义了一种方式来保障每次只由特定条件下的单一线程负责更新某些敏感字段： ```java public class SafeCounter { private final CountDownLatch latch; private int counter; public SafeCounter(int count) { this.latch = new CountDownLatch(count); this.counter = 0; } public void performTask(Runnable task) throws InterruptedException { synchronized(this){ if(latch.getCount() > 0){ task.run(); counter++; latch.countDown(); }else{ throw new IllegalStateException("Latch already counted down."); } } } public boolean isCompleted(){ return latch.getCount()==0; } public int getCounterValue(){ return counter; } } ``` 2. **利用更高级别的抽象组件替代原始锁结构** 对于复杂的应用需求来说，单纯依赖基础级别的锁定原语往往不够灵活高效。此时可以选择 CyclicBarrier、Phaser 这样的更高层次构建块代替传统的 CountdownLatches 来简化开发过程同时增强健壮程度[^4]。 --- ### 总结 虽然 `CountDownLatch` 本质上具备良好的线程安全保障能力，但在具体实践中仍需注意配合恰当的设计模式和技术手段才能充分发挥效用而不至于陷入麻烦之中。遵循最佳实践原则——即清晰界定职责边界、严格隔离变动部分同稳定不变区域之间相互作用关系尤为重要。
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