AQS AbstractQueuedSynchronizer: 同步之鑰

AQS 简介

AQS（AbstractQueuedSynchronizer）是 Java 中实现锁和同步的抽象类，它提供了统一的接口和机制来处理线程之间的竞争和共享资源的保护。AQS 的核心思想是使用队列来管理线程，使它们在争用锁时能够有序地等待和释放，从而实现公平性和避免死锁。

AQS 的基本原理

AQS 使用了两个关键数据结构来实现其功能：

• state： 一个整型变量，表示锁的状态。当 state 为 0 时，表示锁未被持有；当 state 为正数时，表示锁已被持有，其值等于持有锁的线程的标识；当 state 为负数时，表示锁正在被等待，其绝对值等于等待该锁的线程数。
• queue： 一个队列，用于存储等待获取锁的线程。当一个线程试图获取锁时，如果锁已被持有，则它将被添加到队列中等待，直到锁被释放。

AQS 的基本操作

AQS 提供了几个基本操作来管理锁和同步，包括：

• acquire()： 尝试获取锁。如果锁已被持有，则当前线程将被添加到队列中等待，直到锁被释放。
• release()： 释放锁。当一个线程释放锁时，它将唤醒队列中等待的第一个线程，使该线程能够获取锁。
• tryAcquire()： 尝试获取锁，但不等待。如果锁已被持有，则该方法将立即返回 false，否则将返回 true。
• hasQueuedThreads()： 检查是否有线程正在等待获取锁。
• getQueueLength()： 获取等待获取锁的线程数。

AQS 的优点和缺点

AQS 具有以下优点：

• 公平性： AQS 使用队列来管理线程，这确保了线程能够公平地竞争锁，避免了优先级较低的线程永远无法获取锁的情况。
• 避免死锁： AQS 使用了重新排序和中断机制来避免死锁的发生。当一个线程在等待锁时，如果它被中断，则它将被从队列中移除，从而防止死锁的发生。
• 扩展性： AQS 提供了一个灵活的框架，允许开发人员根据需要扩展其功能。例如，开发人员可以自定义锁的公平性策略、队列的数据结构等。

AQS 也存在以下缺点：

• 性能开销： AQS 的队列机制会带来一定的性能开销，特别是当有大量线程争用锁时。
• 复杂性： AQS 的实现比较复杂，这使得理解和使用 AQS 具有挑战性。

AQS 的应用

AQS 被广泛应用于各种并发场景中，包括：

• 锁： AQS 可以用于实现各种类型的锁，例如互斥锁、读写锁、共享锁等。
• 同步器： AQS 可以用于实现各种同步器，例如信号量、屏障、条件变量等。
• 并发集合： AQS 可以用于实现并发集合，例如 ConcurrentHashMap、ConcurrentLinkedQueue 等。

结语

AQS 是 Java 中实现锁和同步的强大框架，它具有公平性、避免死锁、扩展性等优点，但也存在性能开销和复杂性等缺点。AQS 被广泛应用于各种并发场景中，是并发编程中不可或缺的工具。