深入理解并发基石：AQS源码解析

2022-11-21 14:00:48

AQS：并发编程中的关键同步器

在 Java 并发编程中，AbstractQueuedSynchronizer (AQS) 扮演着至关重要的角色。它是一个基本同步器，负责协调线程之间的并发访问，提供获取和释放锁、阻塞和唤醒线程等核心同步操作。理解 AQS 的工作原理对于构建健壮且高效的并发应用程序至关重要。

AQS 的原理

AQS 采用了一种被称为 CLH 队列 的数据结构来管理等待获取锁的线程。当一个线程尝试获取锁时，如果锁正被其他线程持有，该线程将被加入队列并进入阻塞状态。当锁被释放时，队列中的第一个线程会被唤醒并获得锁。

AQS 提供了两种类型的锁：独占锁 和 共享锁 。独占锁一次只能被一个线程持有，而共享锁可以被多个线程同时持有。此外，AQS 还提供 公平锁 和 非公平锁 两种实现。公平锁确保线程按照先来先服务的顺序获取锁，而非公平锁不提供这样的保证。

AQS 的实现

AQS 使用 CLH 队列 和 CAS (Compare and Swap) 操作来实现。CLH 队列是一个链表结构，其中每个节点包含一个线程和指向下一个节点的指针。当一个线程尝试获取锁时，如果锁被其他线程持有，该线程将被加入队列并阻塞等待。当锁被释放时，队列中的第一个线程会被唤醒并获取锁。

CAS 操作是一种原子操作，可确保在多线程环境中共享变量的值只会被一个线程修改。AQS 利用 CAS 操作修改队列中的节点，从而实现线程的阻塞和唤醒。

AQS 的应用

AQS 广泛应用于 Java 并发编程中，因为它提供了构建各种并发组件的基础，例如：

锁：独占锁和共享锁
队列： 阻塞队列和无阻塞队列
信号量： 控制对共享资源的并发访问
屏障： 同步多个线程，直到它们都到达某个点
栅栏： 协调多个线程，直到它们都完成特定操作

AQS 的源码解析

AQS 的源码位于 java.util.concurrent.locks 包中。它是一个复杂且精妙的类，涵盖了大量代码。深入探讨 AQS 的源码超出了本文的范围，但了解其核心思想和实现原理至关重要。

代码示例

以下是一个简单的代码示例，展示了如何使用 AQS 创建一个公平的独占锁：

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class FairLockExample {
    private static ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);

    public static void main(String[] args) {
        // 多个线程尝试获取锁
        Thread[] threads = new Thread[10];
        for (int i = 0; i < threads.length; i++) {
            threads[i] = new Thread(() -> {
                lock.lock();
                System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getId() + " acquired the lock");
                // 模拟执行一些操作
                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                lock.unlock();
            });
            threads[i].start();
        }

        // 等待所有线程完成
        for (Thread thread : threads) {
            try {
                thread.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}