深入解析 AQS 和 ReetrantLock 的设计特点与应用秘诀

前言

并发编程在当今软件开发中扮演着日益重要的角色，如何有效控制并发操作、保证程序的正确性和可靠性成为程序员的必备技能。在 Java 中，AQS（AbstractQueuedSynchronizer）和 ReentrantLock 作为两大重要的并发控制工具，在处理多线程并发问题上发挥着举足轻重的作用。

AQS：并发控制的基础

AQS 是 Java 并发编程的基石，它提供了一系列基本同步原语，包括锁、条件变量和屏障等。AQS 采用了队列式的设计，允许多个线程同时排队等待获取锁。当一个线程获得锁后，其他等待的线程将被挂起，直到锁被释放。这种设计保证了锁的互斥性，同时避免了死锁的发生。

AQS 的核心数据结构是一个称为 CLH 队列的双向链表。CLH 队列是一种无锁队列，它允许多个线程同时操作，而不会造成数据损坏。当一个线程需要获取锁时，它会将自己添加到 CLH 队列的末尾。当锁被释放时，CLH 队列中的第一个线程将被唤醒并获得锁。

ReentrantLock：可重入锁的典型代表

ReentrantLock 是 Java 中最常用的锁之一，它允许一个线程多次获得同一个锁。这意味着一个线程可以多次进入同一临界区，而不会造成死锁。ReentrantLock 还提供了公平锁和非公平锁两种实现。公平锁保证了线程按照请求锁的顺序获得锁，而非公平锁则没有这样的保证。

ReentrantLock 的底层实现是基于 AQS。它使用 AQS 的队列机制来管理等待锁的线程。当一个线程需要获取锁时，它会将自己添加到 CLH 队列的末尾。当锁被释放时，CLH 队列中的第一个线程将被唤醒并获得锁。

AQS 和 ReentrantLock 的使用场景

AQS 和 ReentrantLock 都可以用来控制多线程并发操作。但是，它们在使用场景上有一些差异。

AQS 适用于需要对多个资源进行同步控制的情况。例如，当多个线程需要同时访问同一个共享资源时，可以使用 AQS 来保证资源的互斥性。

ReentrantLock 适用于需要对同一个资源进行多次同步控制的情况。例如，当一个线程需要多次访问同一个临界区时，可以使用 ReentrantLock 来保证临界区的互斥性。

AQS 和 ReentrantLock 的比较

AQS 和 ReentrantLock 都是 Java 中常用的并发控制工具，它们都提供了锁和条件变量等基本同步原语。但是，它们在设计和使用上有以下几点不同：

• 锁的类型： AQS 提供了多种类型的锁，包括独占锁、共享锁和公平锁等。ReentrantLock 只提供了独占锁和非公平锁两种类型。
• 等待队列： AQS 使用 CLH 队列来管理等待锁的线程。ReentrantLock 也使用 CLH 队列来管理等待锁的线程。
• 公平性： AQS 提供了公平锁和非公平锁两种实现。ReentrantLock 只提供了非公平锁一种实现。
• 使用场景： AQS 适用于需要对多个资源进行同步控制的情况。ReentrantLock 适用于需要对同一个资源进行多次同步控制的情况。

结语

AQS 和 ReentrantLock 是 Java 中两大重要的并发控制工具，它们在设计和使用上各有特点。在实际开发中，程序员需要根据具体的需求选择合适的并发控制工具，才能保证程序的正确性和可靠性。