AQS之简介

AQS(AbstractQueuedSynchronizer)是Java并发包的核心组件,用于构建锁和其他同步组件。它通过int成员变量state管理和更新同步状态,利用FIFO队列处理资源获取线程的排队。AQS提供getState、setState、compareAndSetState等方法,支持独占和共享模式的同步状态获取与释放。

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队列同步器AbstractQueuedSynchronizer(以下简称AQS)是用来构建锁或者其他同步组件的基础框架,它使用了一个int成员变量state来表示同步状态,通过内置一个FIFO队列来完成资源获取线程的排队工作。并发包的作者(Doug Lea)期望它能够实现大部分同步需求的基础。它是JUC并发包中的核心基础组件。

同步器AbstractQueuedSynchronizer是一个抽象类,因此同步器的主要使用方式是继承。子类通过继承同步器并实现它的抽象方法来管理同步状态。在抽象方法的实现过程中,免不要对同步器的状态进行更新,因此同步器中提供了3个设置和修改同步状态的方法,它们分别是:

  1. getState(): 获取当前同步器的状态。
  2. setState(int newState): 设置当前同步器的状态
  3. compareAndSetState(int expect, int update): 原子性的更新当前同步器的状态。如果当前同步器的状态值和期望值(expect)相等,则将同步器的状态值更新为update的值,否则不更新当前同步器状态值。

子类推荐被定义为自定义同步器的静态内部类,同步器自身没有实现任何同步接口,它仅仅是定义了若干同步状态的获取和释放的方法来供自定义同步组件的只用。同步器即可以支持独占模式获取同步器状态,也支持共享模式获取同步器状态,这样就可以实现不同类型的同步器组件(ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock、Semaphore和CountDownLatch等)。同步器隐藏了大量的实现细节,简化了锁的实现方法,屏蔽了同步状态的管理,线程的排队、等待与唤醒等底层操作。

同步器主要提供了以下方法:

  • getState():获取当前同步器状态
  • setState(int newState):设置当前同步器状态
  • compareAndSetState(int expect, int update):使用CAS设置当前同步器状态,该方法能够保证设置状态的原子性。
  • tryAcquire(int arg):独占式获取同步状态,实现该方法需要查询当前同步器状态并判断同步器状态是否符合预期值,然后在进行CAS设置同步状态。
  • tryRelease(int arg):独占式释放同步状态,等待获取同步状态的线程将有机会获取同步状态。
  • tryAcquireShared(int arg):共享式获取同步状态,返回的值大于等于0,则表示获取成功,反之获取失败。
  • tryReleaseShared(int arg):共享式释放同步状态。
  • isHeldExclusively():同步器是否在独占模式下被线程占用,一般改方法表示是否被当前线程独占。
  • acquire(int arg):独占模式获取同步状态,忽略中断。如果当前线程获取同步状态成功,则由该方法返回,否则将进入同步队列等待,该方法将会调用重写的的tryAcquire(int arg)方法。
  • acquireInterruptibly(int arg):独占式获取同步状态,但是该方法响应中断。当前线程未获取到同步状态则进入同步队列中,如果当前线程被中断,则该方法会抛出InterruptedException并返回。
  • tryAcquireNanos(int arg, long nanosTimeout):超时获取同步状态,如果当前线程在超时事件nanos内没有获取到同步状态,则返回false,反之返回true.
  • acquireShared(int arg):共享式获取同步状态,忽略响应中断。如果当前线程未获取到同步状态,将会进入同步队列中等待,与独占模式获取同步状态的主要区别在于同一时刻可以有多个线程获取到同步状态。
  • acquireSharedInterruptibly(int arg):与acquireShared(int arg)相同,区别在于该方法响应中断。
  • tryAcquireSharedNanos(int arg, long nanosTimeout):共享获取同步状态,增加超时限制。
  • release(int arg):独占式的释放同步状态,该方法会在释放同步状态之后将同步队列中第一个节点包含的线程唤醒。
  • releaseShared(int arg):共享式的释放同步状态。

同步器提供的模板方法基本上分为3类:独占式获取与释放同步状态、共享式获取与释放状态以及查询同步队列中等待线程的情况。

只有掌握了同步器的工作原理才能更深入的理解JUC(并发包)中的其它组件,下一章LZ将用一个简单的例子来了解下同步器的工作原理。

03-08
### Java AQS (AbstractQueuedSynchronizer) 使用指南 #### AQS简介 AQSJava 并发包中的核心组件之一,提供了一种用来构建锁和其他同步器的基础框架。该类位于 `java.util.concurrent.locks` 包下,并且实现了 FIFO 队列来管理线程等待队列[^1]。 #### 继承结构 AQS 和 AQLS (AbstractQueuedLongSynchronizer)都继承了名为 AOS(AbstractOwnableSynchronizer)的一个抽象类。此父类引入于 JDK 1.6 版本中,主要用于表示锁与其拥有者间的关系,在独占模式下调用方可以设置当前占有锁的对象实例。 #### 设计灵活性 为了适应不同的应用场景需求,AQS 提供了一系列模板方法让开发者能够方便地创建自定义同步工具。这些方法包括但不限于: - **tryAcquire(int arg)**:尝试获取独占式的资源; - **tryRelease(int arg)** :尝试释放已持有的独占式资源; - **tryAcquireShared(int arg)** : 尝试获得共享类型的许可; - **tryReleaseShared(int arg)** : 放弃之前得到过的共享权限; 上述四个函数都需要由具体的子类去重写实现,从而定义各自独特的同步机制[^3]。 #### 实际应用案例 - CountDownLatch 作为 AQS 应用的经典范例之一,`CountDownLatch` 展现了如何利用 AQS 来处理多线程间的协作问题。此类允许一个或多个线程一直阻塞直到其他一些线程完成一系列操作之后再继续执行下去。下面给出一段简单的代码片段展示其基本用法: ```java import java.util.concurrent.CountDownLatch; public class Worker implements Runnable { private final CountDownLatch startSignal; private final CountDownLatch doneSignal; public Worker(CountDownLatch startSignal, CountDownLatch doneSignal){ this.startSignal = startSignal; this.doneSignal = doneSignal; } @Override public void run(){ try{ System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" is waiting"); startSignal.await(); // wait until all threads are ready. doWork(); System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" has finished work."); doneSignal.countDown();// signal that the current thread has completed its task. }catch(Exception e){ throw new RuntimeException(e); } } protected void doWork(){} } // Usage example: int nThreads = 5; CountDownLatch startGate = new CountDownLatch(nThreads); CountDownLatch endGate = new CountDownLatch(nThreads); for(int i=0;i<nThreads;++i){ Thread t=new Thread(new Worker(startGate,endGate),"Worker-"+i); t.start(); } startGate.countDown(); // release all workers at once endGate.await(); // main waits here for them to finish their jobs System.out.println("All tasks have been processed!"); ``` 这段程序展示了五个工作线程在接收到启动信号前处于挂起状态,当最后一个工作者准备好后它们会同时开始运行各自的作业并最终通知主线程所有任务已完成[^4]。
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