深入浅出AQS：探索并发编程中的锁的艺术

2023-10-11 12:19:22

引言

在并发编程的世界中，锁扮演着至关重要的角色，它确保了共享资源的独占访问，防止竞争条件和数据损坏。AQS （AbstractQueuedSynchronizer）是Java并发的核心，它提供了同步原语的底层实现，允许开发人员构建自己的同步器。本文将深入浅出AQS，揭示其工作原理、特性和优势。

AQS概览

AQS是一种基于队列的同步器，它维护一个双向队列，称为等待队列 ，用于管理线程对锁的请求。当一个线程获取锁时，它会将自己排队等待，而当锁释放时，等待队列中的第一个线程将被唤醒并获取锁。这种队列结构确保了线程的公平访问，并避免了优先级反转问题。

AQS的核心是状态位 ，它是一个原子变量，表示锁的状态（未锁定、锁定、等待）。通过原子操作CAS（Compare-And-Swap），线程可以安全地尝试获取或释放锁。

特性

AQS提供了丰富的特性，使开发人员能够构建各种同步器：

公平性： AQS保证了线程的公平访问，先请求锁的线程将在释放锁后优先获得锁。
可重入性： 线程可以重复获取同一把锁，而不会造成死锁。
可扩展性： AQS提供了一个抽象接口，允许开发人员通过自定义队列和同步算法来构建自己的同步器。

优势

使用AQS构建同步器具有以下优势：

灵活且强大： AQS提供了灵活的基础设施，可用于构建各种同步器。
低开销： AQS实现高效，使用CAS操作进行锁争用管理，最大限度地减少开销。
社区支持： AQS是Java并发库中经过广泛测试和验证的核心组件，拥有强大的社区支持。

工作原理

AQS的工作原理基于双向等待队列。当线程尝试获取锁时，它会调用acquire方法。如果锁可用，线程将直接获取锁。如果锁不可用，线程将自己排队等待，并进入阻塞状态。

当锁释放时，AQS会唤醒等待队列中的第一个线程。线程将重新尝试获取锁。如果成功，它将退出等待队列并获取锁。否则，它将继续在等待队列中等待。

示例

以下是一个使用AQS构建简单的独占锁的示例：

import java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer;

public class MyLock extends AbstractQueuedSynchronizer {

    private boolean locked = false;

    @Override
    protected boolean tryAcquire(int arg) {
        if (!locked) {
            locked = true;
            return true;
        }
        return false;
    }

    @Override
    protected boolean tryRelease(int arg) {
        if (locked) {
            locked = false;
            return true;
        }
        return false;
    }

    public void lock() {
        acquire(1);
    }

    public void unlock() {
        release(1);
    }
}