JUC包中的同步器(AQS)

本文深入解析Java中的关键并发工具,包括CountdownLatch、CyclicBarrier、Semaphore、FutureTask、BlockingQueue及原子操作类等,探讨它们如何提升多线程应用的效率与安全性。

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AbstractQueuedSynchronizer:同步器,用来实现线程间的协作

一.CountdownLatch

       内部维护一个计数器,当每次调用countDown方法的时候,计数器都会-1,减到0时,所有因为调用了await()而等待的线程都会被唤醒

可以用来让main线程等待,防止其他线程没结束主线程就结束了。

二.CyclicBarrier

       内部维护一个计数器,每次有线程调用await()方法的时候,计数器都会-1,直到计数为0,然后所有等待的线程都会被唤醒  

三.Semaphore

       可以控制一个资源能同时被多少线程访问。每个对象覆写run方法都要使用semaphore对象的acquire()方法来获取访问,如果同时访问的已经达到上线,则等待。访问完毕之后要在finally语句块中调用semaphore对象的release()方法释放

四.FutureTask

      可以将一个计算较慢的任务封装起来,看成是后台任务(只是看成,并不是守护线程),在其他线程工作完毕后,再调用get方法来取得这个计算值。

因为FutureTask实现了RunnableFutuer接口,而RunnableFuture接口继承了Runnable和Future接口,因此可以有返回值。

五.BlockingQueue

FIFO 队列 :LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue(固定长度)

优先级队列 :PriorityBlockingQueue

提供了阻塞的 take() 和 put() 方法,如果队列为空,则take()会被阻塞,如果队列为满,则put()被阻塞,可用于实现生产者消费者模型

1.ArrayBlockingQueue

基于数组实现,固定长度。生产者和消费者使用的是同一个锁

2.LinkedBlockingQueue

基于链表实现,可在构造中指定长度。当生产者往队列中放入一个数据时,队列会从生产者手中获取数据,并缓存在队列内部,只有当队列缓冲区达到最大值缓存容量时,才会阻塞生产者队列,直到消费者从队列中消费掉一份数据,生产者线程会被唤醒,反之对于消费者队列也同理。生产者和消费者用的是不同的锁,所以效率高

3.PriorityBlockingQueue

 基于优先级的阻塞队列(优先级的判断通过构造函数传入的Compator对象来决定),但需要注意的是PriorityBlockingQueue并不会阻塞数据生产者,而只会在没有可消费的数据时,阻塞数据的消费者。如果生产者生产数据的速度快于消费者消费数据的速度,最终会耗尽所有的可用堆内存空间。内部控制线程同步的锁采用的是公平锁

六.原子操作类与原子性

         与java内存模型有关,可以保证操作的原子性,例如AtomicInteger。也可以用synchronized来实现

七.可见性

        可见性指当一个线程修改了共享变量的值,其它线程能够立即“看得到”这个修改后的值。Java 内存模型是通过在变量修改后将新值同步回主内存,在变量读取前从主内存刷新变量值来实现可见性的。

实现方式:

volatile

synchronized

final

八.有序性

     

    Java 内存模型,允许编译器和处理器对指令进行重排序,重排序过程不会影响到单线程,却会影响到多线程并发执行的正确性。

volatile 关键字禁止指令重排

### Java JUC AQS 并发编程 抽象队列同步器 使用教程 源码解析 #### 什么是AQS? `AbstractQueuedSynchronizer`(简称AQS),作为Java并发中的核心组件之一,提供了用于实现锁其他同步器的基础框架。它不仅简化了锁同步工具的创建过程,还提高了这些工具的工作效率[^2]。 #### 类图结构与工作原理 AQS的设计围绕着一个FIFO(先进先出)等待队列展开,该队列由多个节点组成,每个节点代表了一个正在等待获取资源的线程。每当有新的竞争者未能立即获得所需资源时,就会被构造成一个新的节点并加入到这个队列之中;而当现有持有者释放其持有的资源之后,则会从队头开始依次唤醒后续等待者去尝试占有资源[^5]。 #### 同步模式分类 为了适应不同场景下的需求,AQS支持两种主要类型的同步方式——独占式以及共享式: - **独占式**:一次只允许单个线程访问临界区,在这种情况下其他任何试图进入同一区域内的请求都将被迫挂起直到前序操作完成为止; - **共享式**:允许多个读取者同时存在而不互相干扰,只要不存在写入动作发生即可保持一致性安全性[^3]。 #### 自定义同步器的关键接口 对于想要利用AQS来构建特定行为逻辑的新类型而言,开发者通常需要重载以下几个抽象方法以适配具体的应用环境: - `tryAcquire(int arg)` `tryRelease(int arg)` - `tryAcquireShared(int arg)` 及 `tryReleaseShared(int arg)` - `isHeldExclusively()` 上述函数分别对应于独占/共享模式下对资源的操作控制流程,通过合理地覆盖它们可以轻松打造出满足业务特性要求的各种高级别同步原语[^1]。 ```java public class CustomSync extends AbstractQueuedSynchronizer { protected boolean tryAcquire(int acquires) { // 实现具体的独占式获取逻辑 return super.tryAcquire(acquires); } protected boolean tryRelease(int releases) { // 实现具体的独占式释放逻辑 return super.tryRelease(releases); } } ``` #### 队列管理机制详解 在实际运行过程中,AQS内部维护了一条双向链表形式的数据结构用来存储各个待处理的任务单元。每当新成员到来之时便会调用`enqueue()`方法将其追加至末端位置上形成完整的链条关系网状链接,并且借助CAS指令保证整个插入过程的安全可靠性质不受外界因素影响破坏[^4]。
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