解析 AQS 为何使用双向链表？
2023-09-06 14:05:06
AQS：双向链表背后的原因
引言
在 Java 并发编程的世界中，AQS（AbstractQueuedSynchronizer）以其高效、公平的锁机制而闻名。但你有没有想过为什么 AQS 使用双向链表？了解这个决定背后的原因将深入了解 AQS 的并发支持和线程唤醒机制。
高效的并发支持
双向链表使线程能够以 FIFO（先进先出）方式排列等待锁。当锁可用时，AQS 可以快速找到队首线程并将其唤醒，有效提高并发效率。想象一下一个繁忙的杂货店收银台：双向链表就像顾客的队列，先到的先结账。这确保了秩序，避免了不必要的等待。
公平性
双向链表维护了线程进入队列的顺序。这意味着线程将按照加入队列的顺序获取锁，消除了线程饥饿的可能性。想象一下一个不公平的队列，有些人插队而其他人不得不在一旁苦苦等待。AQS 的双向链表防止了这种不公平，确保了所有线程都有机会获取锁。
唤醒多个线程
双向链表的一个独特优点是能够一次唤醒多个等待的线程。当锁可用时，AQS 可以沿着链表向下遍历，唤醒多个线程。这就像连锁反应：一个锁的释放导致多个线程被同时唤醒，提高了并发的吞吐量。想象一下一群饥肠辘辘的狼，当一头鹿出现时，它们可以同时饱餐一顿。
代码示例
为了进一步阐释 AQS 中双向链表的使用，让我们看一个简单的代码示例：
// 双向链表节点
class Node {
int state; // 节点状态
Node prev; // 前一个节点
Node next; // 下一个节点
}
// AQS 类
class AQS {
private Node head; // 链表头节点
private Node tail; // 链表尾节点
// 获取锁
public void acquire() {
Node node = new Node(); // 创建一个新的节点
node.prev = tail; // 将新节点的前一个节点设置为尾节点
tail = node; // 将尾节点更新为新节点
while (!tryAcquire()) { // 尝试获取锁
park(); // 阻塞当前线程
}
}
// 释放锁
public void release() {
Node node = head; // 获取头节点
head = node.next; // 将头节点更新为下一个节点
if (head != null) {
head.prev = null; // 将新头节点的前一个节点设置为 null
}
unparkSuccessor(node); // 唤醒下一个节点上的线程
}
}
在这个示例中，双向链表用于存储等待锁的线程。当线程需要获取锁时，它会创建一个新节点并将其添加到链表的末尾。当锁可用时，AQS 沿着链表遍历，唤醒并释放第一个节点上的线程。
结论
AQS 中双向链表的使用为多路并发提供了高效、公平且可扩展的机制。它通过 FIFO 排列、公平的顺序和同时唤醒多个线程来实现这一点。了解这个设计决策对于理解 AQS 在 Java 并发编程中的重要性至关重要。
常见问题解答
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为什么 AQS 不使用数组或其他数据结构？
- 双向链表在并发环境中表现出优异的性能，因为它们允许快速插入和删除操作，同时保持线程顺序。
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AQS 如何防止线程饥饿？
- 双向链表的 FIFO 性质确保了线程将按照加入队列的顺序获取锁，防止线程饥饿。
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AQS 如何同时唤醒多个线程？
- 双向链表允许 AQS 沿着链表向下遍历，一次唤醒多个等待的线程。
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AQS 中的双向链表是如何实现的？
- AQS 使用 Node 类来表示双向链表中的节点，其中包含指向前一个和下一个节点的引用以及表示节点状态的 state 字段。
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除了并发支持之外，AQS 中的双向链表还有其他好处吗？
- 双向链表还允许 AQS 维护线程等待时间的统计信息，以便进行性能分析和优化。
