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什么是 AQS(抽象的队列同步器)

什么是 AQS(抽象的队列同步器)

作者: 架构师奶爸 | 来源:发表于2020-10-09 16:43 被阅读0次

    AbstractQueuedSynchronizer 类如其名,抽象的队列式的同步器,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。

    CLH队列

    它维护了一个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 是核心关键词,具体volatile 的语义,在此不述。state 的访问方式有三种:
    getState()
    setState()
    compareAndSetState()

    AQS 定义两种资源共享方式

    Exclusive 独占资源-ReentrantLock

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

    Share 共享资源-Semaphore/CountDownLatch

    Share(共享,多个线程可同时执行,如Semaphore/CountDownLatch)。
    AQS 只是一个框架,具体资源的获取/释放方式交由自定义同步器去实现,AQS 这里只定义了一个接口,具体资源的获取交由自定义同步器去实现了(通过state 的get/set/CAS)之所以没有定义成abstract , 是因为独占模式下只用实现tryAcquire-tryRelease , 而共享模式下只用实现
    tryAcquireShared-tryReleaseShared。如果都定义成abstract,那么每个模式也要去实现另一模式下的接口。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。自定义同步器实现时主要实现以下几种方法:
    1. isHeldExclusively():该线程是否正在独占资源。只有用到condition 才需要去实现它。
    2. tryAcquire(int):独占方式。尝试获取资源,成功则返回true,失败则返回false。
    3. tryRelease(int):独占方式。尝试释放资源,成功则返回true,失败则返回false。
    4. 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。
    5. 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。

    同步器的实现是ABS核心(state资源状态计数)

    同步器的实现是ABS 核心,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。

    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。

    ReentrantReadWriteLock 实现独享和共享两种方式

    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tryAcquiretryRelease、tryAcquireShared-tryReleaseShared 中的一种即可。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。

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