从AQS了解Java中的锁与同步器

2023-12-04 08:07:05

什么是AQS？

在Java并发编程中，AQS（AbstractQueuedSynchronizer）扮演着至关重要的角色，它是锁与同步器的基础实现，为Java中大部分的阻塞锁和同步器提供了底层实现。AQS提供了一个抽象的框架，允许开发者构建自己的自定义锁和同步器，同时保持代码的简洁性和易读性。在深入研究AQS的运作原理之前，让我们先了解几个关键概念：

锁：锁用于保护共享资源，防止多个线程同时访问同一资源，从而避免数据不一致的情况。
同步器 ：同步器是一种协调线程之间操作的机制，它允许线程等待特定条件满足时才继续执行。
状态：锁或同步器维护着一个状态变量，用于表示当前的同步状态。
等待队列 ：当线程无法获取锁或同步器时，会被放入等待队列中，等待条件满足时再被唤醒。

AQS的基本原理

AQS通过维护一个共享状态变量state来管理锁和同步器的状态，state是一个整型值，其值的变化代表了锁或同步器状态的转换。AQS提供了一组基本的操作方法，用于获取和释放锁、进入和退出等待队列，以及查询当前状态等。这些基本操作方法保证了锁和同步器的安全性和可靠性。

状态管理

AQS将锁或同步器的状态抽象为一个整型变量state，state的值可以表示不同的同步状态，例如：

0：表示没有线程持有锁或同步器。
1：表示有一个线程持有锁或同步器。
2：表示有两个或多个线程正在争用锁或同步器。

资源获取和释放

获取锁或同步器的过程称为“加锁”，释放锁或同步器的过程称为“解锁”。AQS通过acquire()和release()方法来实现加锁和解锁操作。当一个线程需要获取锁或同步器时，它调用acquire()方法；当一个线程释放锁或同步器时，它调用release()方法。acquire()和release()方法会根据当前state的值进行相应的操作，以保证锁或同步器的一致性和安全性。

等待队列管理

当一个线程无法立即获取锁或同步器时，它会被放入等待队列中，等待条件满足时再被唤醒。AQS通过FIFO（先进先出）队列来管理等待队列，当一个线程调用acquire()方法后，如果当前锁或同步器已被其他线程持有，该线程就会被放入等待队列中，等待当前持有锁或同步器的线程释放锁或同步器。当锁或同步器被释放后，AQS会唤醒等待队列中的第一个线程，并允许该线程获取锁或同步器。

AQS的应用

AQS在Java并发编程中有着广泛的应用，它被用作Java中大部分阻塞锁和同步器的基础实现，包括：

ReentrantLock：一种可重入锁，允许一个线程多次获取同一把锁。
Semaphore：一种计数信号量，用于控制对共享资源的访问。
CountDownLatch：一种同步器，用于等待一组线程完成任务。
Phaser：一种同步器，用于协调线程之间的协作任务。

除了这些内置的锁和同步器之外，开发者还可以利用AQS来实现自定义的锁和同步器，以满足特定的并发编程需求。

总结

AQS是Java并发编程中的一个重要基础，它为锁和同步器的实现提供了统一的框架。AQS通过维护一个共享状态变量state来管理锁或同步器的状态，并提供了一组基本的操作方法来实现加锁、解锁和等待队列管理。AQS在Java中有着广泛的应用，包括ReentrantLock、Semaphore、CountDownLatch等。开发者还可以利用AQS来实现自定义的锁和同步器，以满足特定的并发编程需求。