AbstractQueuedSynchronizer 的高级应用

前言

在 Java 并发编程中，AbstractQueuedSynchronizer (AQS) 作为同步器的基石，为自定义实现同步锁提供了一个快速且便捷的模板。本文将深入探讨 AQS 的高级应用，并揭示其在 CountDownLatch 和 Semaphore 等经典同步原语中的实现奥秘。

AQS 的独到之处

AQS 的核心思想是将同步操作抽象为一种队列操作。它维护了一个由共享锁状态构成的内部队列，并提供一组原语操作来管理对队列的访问。这种设计允许灵活地实现各种同步机制，同时保证了高效性和公平性。

CountDownLatch 的实现

CountDownLatch 是一种同步工具，用于等待一组异步任务完成。其内部实现依赖于 AQS 的队列结构。AQS 使用一个共享计数器来跟踪未完成的任务数，并提供 countDown() 和 await() 原语操作。countDown() 方法将计数器减一，await() 方法阻塞当前线程直到计数器为 0，表示所有任务已完成。

Semaphore 的实现

Semaphore 是一种同步工具，用于限制对共享资源的并发访问。其内部实现也依赖于 AQS。AQS 使用一个共享许可证计数器来跟踪可用的资源数量，并提供 acquire() 和 release() 原语操作。acquire() 方法获取一个许可证，release() 方法释放一个许可证。当许可证数为 0 时，acquire() 操作将阻塞当前线程，直到许可证可用。

高级应用

除了 CountDownLatch 和 Semaphore，AQS 还被广泛应用于其他同步原语和自定义同步机制的实现中。例如：

• 读写锁： 通过维护两个单独的队列，分别用于读锁和写锁，实现读写锁的公平和可重入。
• 屏障： 通过使用一个共享计数器来跟踪到达屏障的线程数量，实现屏障同步机制。
• 生产者-消费者队列： 通过使用一个队列和两个信号量，实现生产者-消费者模型的同步和通信。

优势与局限性

AQS 的优势在于其灵活性、高效性和公平性。它提供了一组强大的原语操作，允许开发人员轻松地实现各种同步机制。然而，由于其抽象 nature，AQS 的实现可能比直接使用底层锁更复杂，这可能导致性能开销。

结论

AQS 是 Java 并发编程中一个强有力的工具，它为自定义实现同步机制提供了极大的灵活性。深入理解 AQS 的高级应用，使开发人员能够充分利用其特性，创建高效且可靠的并发应用程序。