深入浅出地理解Thread相关、锁、CAS和AQS

2024-02-22 21:35:22

并发编程的基石：Thread、锁、CAS 和 AQS

引言

在现代软件开发中，并发编程已变得至关重要。它允许应用程序同时执行多个任务，从而提高性能和响应能力。在这个过程中，线程、锁、CAS 和 AQS 扮演着至关重要的角色，它们共同构成了高效且安全的并发编程基础。本文将深入探讨这些概念，让您对它们有更深入的理解。

线程相关

线程池

线程池是一种管理线程的机制。它允许您创建和管理一组可重用的线程，从而减少创建和销毁线程的开销。线程池通过将线程保持在活动状态来提高效率，并在需要时将它们分配给任务。

锁

锁是一种同步机制，用于控制对共享资源的访问。它确保一次只有一个线程可以访问该资源，从而防止数据竞争和损坏。Java 中常用的锁类型包括：

悲观锁： synchronized、ReentrantLock
乐观锁： AtomicInteger、CAS

CAS（比较并交换）

CAS 是一种无锁算法，它允许线程在不使用显式锁的情况下原子地更新共享变量。CAS 通过使用比较和交换操作来确保同一时间只有一个线程可以修改变量。

AQS（AbstractQueuedSynchronizer）

AQS 是一个同步器框架，它提供了构建各种类型同步器（如锁、栅栏、信号量）的通用机制。AQS 基于 FIFO 队列，通过维护一个等待线程队列来实现公平性和锁顺序。

协同作用

Thread、锁、CAS 和 AQS 通常协同作用，以确保并发编程的正确性和效率。例如：

线程池可以管理线程的创建和销毁，而锁可以防止对共享资源的并发访问。
CAS 可以实现无锁并发更新，而 AQS 提供了一个通用的同步器框架。

实例

下面是一个使用线程池、锁和 CAS 的简单示例：

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

class Counter {
    private AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);

    public void increment() {
        count.incrementAndGet();
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(4);
        Counter counter = new Counter();

        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            executorService.submit(counter::increment);
        }

        executorService.shutdown();
        executorService.awaitTermination(1, TimeUnit.MINUTES);

        System.out.println("最终计数：" + counter.count.get());
    }
}