AQS：剖析并发编程的基石

后端

2023-10-31 23:05:29

AQS：构建并发应用的基础

在Java的并发世界中，AQS（AbstractQueuedSynchronizer）犹如一颗璀璨的明珠，为构建锁和同步组件奠定了坚实的基础。它的强大功能和灵活特性，赋予开发者构建可靠、高效的并发应用的能力。

一、AQS 的基本原理

AQS 采用队列同步器的设计模式，管理着一个共享的先进先出（FIFO）队列。通过一系列原子操作，它协调对共享资源的访问。核心数据结构包括：

state： 整数值，表示共享资源的状态
queue： FIFO队列，存储等待获取共享资源的线程
head： 指向队列头结点的指针
tail： 指向队列尾结点的指针

AQS 通过原子操作实现锁的获取、释放以及对共享资源的访问：

acquire(int arg)： 尝试获取共享资源。资源可用则直接获取，否则加入队列等待。
release(int arg)： 释放共享资源并唤醒队列中的等待线程。
tryAcquire(int arg)： 尝试获取共享资源。资源可用则直接获取，否则立即返回 false。
tryAcquireNanos(int arg, long nanosTimeout)： 尝试获取共享资源并在指定时间内等待。超时则返回 false。

二、AQS 的强大功能

除了基本锁功能，AQS 还提供了强大的特性：

可重入锁： 线程可以多次获取同一把锁，避免死锁。
公平锁： 线程按 FIFO 顺序获取锁，避免优先级颠倒。
条件变量： 线程等待特定条件满足后被唤醒。
超时等待： 线程可以在指定时间内等待获取锁，防止长时间阻塞。
信号量： 控制同时访问共享资源的线程数量。

三、利用 AQS 构建并发应用

AQS 是构建并发应用的利器。以下技巧有助于充分发挥其潜力：

选择合适的锁类型： 根据场景选择可重入锁、公平锁或信号量等。
避免死锁： 在使用可重入锁时，避免无限期持有锁的情况。
合理设置超时时间： 防止线程长时间阻塞。
使用条件变量： 避免线程长时间阻塞，等待特定条件满足。

代码示例：

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class MyConcurrentClass {
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    private int count = 0;

    public void increment() {
        lock.lock();
        try {
            count++;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}