揭开 AbstractQueuedSynchronizer 同步原理解析

2023-11-15 14:43:22

锁与同步原语：在 Java 并发编程中掌舵

引言

在 Java 的并发世界中，锁和同步原语扮演着至关重要的角色，确保线程安全地访问共享资源，实现协调和有序性。深入理解这些基本构建块的机制是编写健壮、高并发应用程序的关键。

AbstractQueuedSynchronizer：同步的通用框架

AbstractQueuedSynchronizer (AQS) 是 Java 并发库中的核心抽象类，为实现各种同步器提供了一个灵活而通用的框架。它采用队列设计，将等待线程按先进先出 (FIFO) 顺序排列，等待获取同步状态。

AQS 的运作原理

AQS 围绕一个称为 状态 (state) 的概念展开，它表示同步器的当前状态。状态通常是一个整数，代表可用许可证或其他抽象状态。线程通过调用 acquire 方法获取同步状态，该方法尝试将状态减小 1。如果状态为正，则线程立即获取锁；否则，它会加入队列，等待状态变为正。

当线程释放锁时，它调用 release 方法，将状态增加 1。这会通知队列中的等待线程，它们现在可以尝试获取锁。

AQS 的关键特性

AQS 提供了几个关键特性：

公平性： 等待队列中的线程按照 FIFO 顺序获取锁。
可重入性： 可重入同步器允许同一个线程多次获取同一把锁，而不会导致死锁。
条件变量： AQS 允许线程在满足特定条件之前等待条件变量。

AQS 的实现

AQS 使用 Node 类在 Java 中实现等待队列。Node 存储线程、等待状态和其他元数据。当线程调用 acquire() 时，它会创建一个 Node 并将其添加到队列末尾。当 release() 被调用时，它会删除队列头部的 Node 并唤醒等待线程。

AQS 的应用

AQS 在 Java 并发库中广泛用于实现各种同步器，包括：

ReentrantLock
ReentrantReadWriteLock
Semaphore
CountDownLatch

示例代码：用 AQS 实现简单锁

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class SimpleLock {
    private final AQS sync = new AQS();

    public void lock() {
        sync.acquire();
    }

    public void unlock() {
        sync.release();
    }

    public boolean tryLock() {
        return sync.tryAcquire();
    }
}