Java理论六： AQS核心思想和相关锁（面试知识点）

最新推荐文章于 2025-03-27 16:08:58 发布

木木要努力啊

最新推荐文章于 2025-03-27 16:08:58 发布

阅读量404

点赞数

分类专栏： java理论文章标签： java 并发编程队列多线程

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/mumu_nuli/article/details/119321393

版权

java理论专栏收录该内容

7 篇文章

订阅专栏

本文深入探讨了Java并发编程中的AQS（AbstractQueuedSynchronizer）同步器，阐述了其作为多线程同步的核心思想，包括独占与共享模式的资源获取与释放。通过AQS可以构建ReentrantLock、Semaphore、CountDownLatch等同步组件，并介绍了自定义同步器的实现方法。此外，文章还讲解了AQS对线程阻塞队列的维护，以及如何使用AQS来实现一个简单的同步机制。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

参考致谢：
https://blog.youkuaiyun.com/wanliguodu/article/details/81154294#commentBox
Java并发之AQS详解 - waterystone - 博客园 (cnblogs.com)
https://blog.youkuaiyun.com/vernonzheng/article/details/8275624
JUC AQS ReentrantLock源码分析（一）_java_lyvee的专栏-优快云博客

1 什么是AQS?

1.1 同步器

多线程并发的执行，之间通过某种共享状态来同步，只有当状态满足共享资源空闲/忙碌条件时，才能触发线程执行锁定/等待。这个共同的语义可以称之为同步器。

Node：构建锁或者其他同步组件的基础框架的关键（锁是面向使用者，同步器面向锁的实现者）
state：共享资源，线程竞争失败，加到CLH队列里。

所有实现同步的锁机制都可以基于同步器定制来实现的。juc(java.util.concurrent) 里所有的这些锁机制都是基于 AQS( AbstractQueuedSynchronizer )框架上构建的。

1.2 AQS核心思想

AQS( AbstractQueuedSynchronizer)抽象队列同步器，AQS定义了一套多线程访问共享资源的同步器框架，许多同步类实现都依赖于它，如常用的ReentrantLock/Semaphore/CountDownLatch等。
在这里插入图片描述

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。
Share：共享，多个线程可同时执行，如Semaphore/CountDownLatch。

2 AQS构建同步器

2.1 AQS与同步

1、一个同步器至少需要包含两个功能：
1）获取同步状态：如果允许，则获取锁，如果不允许就阻塞线程，直到同步状态允许获取。
2）释放同步状态：修改同步状态，并且唤醒等待线程。

2、AQS获取和释放同步状态
1）独占模式
独占获取：tryAcquire 本身不会阻塞线程，true 就继续，false 就阻塞线程并加入阻塞队列。
独占且可中断模式获取：acquireInterruptibly支持中断取消。
独占且支持超时模式获取： tryAcquireNanos带有超时时间，如果经过超时时间则会退出。
独占模式释放：release释放成功会唤醒后续节点。
2）共享模式
共享模式获取：tryAcquireShared
可中断模式共享获取：acquireSharedInterruptibly
共享模式带定时获取：tryAcquireSharedNanos
共享锁释放：releaseShared

3、状态获取、释放成功或失败的后续行为：线程的阻塞、唤醒机制
LockSupport.park() ：线程的禁用(park)
LockSupport.unpark() ：线程的唤醒(unpark)

补充：唤醒一个线程主要手段包括以下几种：
1）其他线程调用被park()的线程——unpark(Thread thread)，第一时间返回的是当前线程是否被打断。
2）其他线程中断被park()线程——waiters.peek().interrupt()，waiters为存储线程对象的队列。
3）不知原因的返回。

2.2 自定义同步器

不同的自定义同步器争用共享资源的方式也不同。自定义同步器在实现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（模板设计模式）。

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，如果释放后允许唤醒后续等待结点返回true，否则返回false。

2.3 AQS实现的不同同步器

基于AQS构建的Synchronizer有ReentrantLock,Semaphore,CountDownLatch, ReetrantRead WriteLock,FutureTask等，这些Synchronizer实际上最基本的东西就是原子状态的获取和释放，只是条件不一样而已。

1、 ReentrantLock
独占式锁，需要记录当前线程获取原子状态的次数，如果次数为零，那么就说明这个线程放弃了锁，如果次数大于1，也就是获得了重进入的效果，而其他线程只能被park住，直到这个线程重进入锁次数变成0而释放原子状态。

2、Semaphore信号量
共享式锁，记录当前还有多少次许可可以使用，到0，就需要等待，也就实现并发量的控制，Semaphore一开始设置许可数为1，实际上就是一把互斥锁。

3、CountDownLatch
闭锁，countDown如果为0，说明可以继续执行，否则需要park住，等待countDown次数足够，并且unpark所有等待线程，释放原子状态，让等待的所有线程通过。

4、FutureTask
需要记录任务的执行状态，当调用其实例的get方法时，只检查当前任务是否完成或者被Cancel，如果未完成并且没有被cancel，那么告诉AQS当前线程需要进入等待队列并且park住。而跑任务的线程会在任务结束时调用FutureTask 实例的set方法（与等待线程持相同的实例），设定执行结果，并且通过unpark唤醒正在等待的线程，返回结果。

3 AQS对线程阻塞队列的维护

AQS里将阻塞线程封装到一个内部类Node里。并维护一个CHL Node FIFO队列。CHL队列是一个非阻塞的FIFO队列，也就是说往里面插入或移除一个节点的时候，在并发条件下不会阻塞，而是通过自旋锁和CAS保证节点插入和移除的原子性。实现无锁且快速的插入。

以ReentrantLock为例，state初始化为0，表示未锁定状态。线程1 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，直到线程1 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，线程1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。