揭秘AQS设计原理，征服并发编程中的棘手难题

2023-10-03 09:40:37

在软件开发的浩瀚世界中，并发编程犹如一柄双刃剑，既能赋予程序强大的性能，也可能带来各种棘手的难题。而同步器，正是为了应对这些难题而诞生的利器。本文将聚焦同步器的设计原理，从现实生活中的问题着手，由浅入深分析AQS的设计初衷与实现原理。本文整体篇幅较长，内容较多。在理解AQS时，建议从问题出发，再去寻找答案、理解答案。

同步器的起源：从现实生活中的问题出发

想象一下，你身处一个繁忙的火车站，面对熙熙攘攘的人群，你想购买一张车票。售票窗口只有一个，而排队的人却络绎不绝。为了防止混乱和拥挤，售票员需要某种机制来确保一次只允许一个人购买车票。

这种机制就是同步器。在软件开发中，同步器负责协调多个线程对共享资源的访问，防止出现资源冲突和数据不一致的情况。同步器的类型有很多，最常见的是锁和信号量。

AQS：同步器设计原理的典范

AQS（AbstractQueuedSynchronizer）是Java并发编程库中的一个重要组件，它提供了一套抽象的同步器实现，允许开发人员轻松构建自己的同步器。AQS的设计理念非常巧妙，它将同步器的状态和操作封装在了一个抽象类中，然后通过继承的方式实现不同的同步器。

AQS的核心数据结构是一个队列，这个队列用于存储等待获取锁的线程。当一个线程想要获取锁时，它会进入队列的尾部，然后等待轮到自己。当队列的头部有锁释放时，队列中的第一个线程就会被唤醒，并获得锁。

AQS实现原理：揭开同步器设计背后的奥秘

AQS的实现原理非常复杂，这里我们只介绍最核心的部分。

1. 状态属性

AQS维护了一个名为state的状态属性，这个属性表示同步器的当前状态。state的取值可以是0（无锁）、1（独占锁）或大于1（共享锁）。

2. 队列结构

AQS使用了一个双向链表来实现队列，队列中的每个节点都表示一个等待获取锁的线程。当一个线程想要获取锁时，它会创建一个新的节点并将其添加到队列的尾部。当队列的头部有锁释放时，队列中的第一个节点就会被唤醒，并获得锁。

3. 获取锁的流程

当一个线程想要获取锁时，它会调用AQS的acquire方法。acquire方法首先会检查state的取值。如果state为0，表示当前没有锁，则该线程可以直接获取锁。如果state为1，表示当前有独占锁，则该线程会进入队列的尾部，等待轮到自己。如果state大于1，表示当前有共享锁，则该线程也会进入队列的尾部，等待轮到自己。