探秘JUC AQS：并发编程的秘密武器

2023-11-28 21:19:49

JUC AQS是什么？

JUC AQS（AbstractQueuedSynchronizer）是Java并发编程库中一个非常重要的类，它是实现线程同步和锁控制的核心组件。AQS提供了统一的框架，允许我们使用各种不同的锁和同步器，如ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock、Semaphore、CyclicBarrier、CountDownLatch和Phaser等。

AQS采用队列同步器（Queue-based Synchronizer）的设计模式，使用一个共享的队列来管理等待获取锁的线程。当一个线程试图获取锁时，如果锁不可用，它会被添加到队列中，然后等待轮到它获取锁。当锁可用时，队列中的第一个线程将被唤醒并获取锁。

AQS的设计非常灵活，它允许我们使用不同的策略来管理队列中的线程，从而实现不同的同步和锁控制行为。例如，ReentrantLock使用先进先出（FIFO）队列，这意味着先进入队列的线程将首先获取锁；而公平锁（FairLock）使用公平队列，这意味着所有线程都将按照进入队列的顺序获取锁。

2. AQS的内部机制

AQS的核心数据结构是一个共享队列，称为同步队列（sync queue）。同步队列是一个双向链表，其中每个节点代表一个等待获取锁的线程。每个节点包含以下信息：

线程的标识符（Thread ID）
线程的状态（WAITING、SIGNAL或PARKED）
线程等待的锁
线程的前一个节点和后一个节点

AQS还维护一个称为头节点（head）的特殊节点，它代表队列的开头。头节点是一个虚拟节点，它不包含任何线程信息。

当一个线程试图获取锁时，它会首先尝试通过CAS（Compare-And-Swap）操作将头节点指向它自己。如果CAS操作成功，则该线程获取锁，否则该线程会被添加到队列中。

当一个线程被添加到队列中时，它的状态将被设置为WAITING。然后，该线程将被挂起，直到它轮到获取锁。当该线程轮到获取锁时，它的状态将被设置为SIGNAL，然后它将被唤醒并获取锁。

3. AQS的应用

AQS在Java并发编程中有着广泛的应用，它被用于实现各种不同的锁和同步器，包括：

ReentrantLock：可重入锁，允许一个线程多次获取同一把锁。
ReentrantReadWriteLock：可重入读写锁，允许多个线程同时读取共享数据，但只能有一个线程同时写入共享数据。
Semaphore：信号量，允许限制对共享资源的并发访问。
CyclicBarrier：循环屏障，允许一组线程等待，直到所有线程都到达屏障点。
CountDownLatch：倒计时锁，允许一组线程等待，直到一个倒计时器达到0。
Phaser：分阶段屏障，允许一组线程在不同的阶段等待。

4. 结论

JUC AQS是Java并发编程的秘密武器，它是实现线程同步和锁控制的核心组件。AQS提供了统一的框架，允许我们使用各种不同的锁和同步器，如ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock、Semaphore、CyclicBarrier、CountDownLatch和Phaser等。

AQS的设计非常灵活，它允许我们使用不同的策略来管理队列中的线程，从而实现不同的同步和锁控制行为。AQS在Java并发编程中有着广泛的应用，它被用于构建高并发、高性能的Java应用程序。