AQS：同步编程世界里的基石
2023-12-05 14:55:23
AQS：同步编程的基石
在当今多核处理器和并发编程盛行的时代，协调多个线程对共享资源的访问至关重要。AQS（AbstractQueuedSynchronizer）作为 Java 并发编程中的中流砥柱，为我们提供了实现各种同步原语的强大工具，例如锁、互斥体、信号量和屏障。
理解 AQS 的工作原理
AQS 的核心思想在于使用一个名为“状态”的变量来表示锁的状态。此状态可以采用不同的值，例如：
- 未锁定： 表示锁未被任何线程持有。
- 锁定： 表示锁被某个线程持有。
- 等待： 表示有线程正在等待获取锁。
当一个线程试图获取锁时，它会首先检查状态。如果状态为“未锁定”，则该线程可以立即获取锁。如果状态为“锁定”，则该线程将进入队列并等待。如果状态为“等待”，则该线程会继续等待，直到队列为空（即没有其他线程在等待锁），此时它可以获取锁。
使用 AQS 实现同步原语
AQS 提供了丰富的 API，可用于实现各种同步原语。以下是一个使用 AQS 实现简单锁的示例：
import java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer;
public class SimpleLock extends AbstractQueuedSynchronizer {
// 获取锁
public void lock() {
acquire(1);
}
// 释放锁
public void unlock() {
release(1);
}
// 是否持有锁
public boolean isLocked() {
return isHeldExclusively();
}
}
此简单锁可以像使用 Java 内置锁一样使用：
SimpleLock lock = new SimpleLock();
lock.lock();
try {
// 共享资源的访问代码
} finally {
lock.unlock();
}
AQS 的优势
AQS 具有以下优势：
- 通用性： AQS 可用于实现广泛的同步原语，包括锁、互斥体、信号量和屏障。
- 高性能： AQS 的实现非常高效，即使在高并发场景下也能满足需求。
- 可扩展性： AQS 提供了扩展点，允许根据需要进行定制。
AQS 的应用场景
AQS 在 Java 并发编程中有着广泛的应用，包括：
- 锁： AQS 可用于实现各种锁，例如互斥锁、读写锁和公平锁。
- 互斥体： AQS 可用于实现互斥体，确保同一时刻只有一个线程可以访问共享资源。
- 信号量： AQS 可用于实现信号量，用于控制线程对共享资源的访问。
- 屏障： AQS 可用于实现屏障，确保所有线程都到达某个点后才能继续执行。
结论
AQS 是 Java 并发编程中不可或缺的一部分。它提供了构建各种同步原语的基础，使我们能够安全有效地管理共享资源，从而充分利用多核处理器和并发编程的优势。
常见问题解答
1. AQS 和其他同步机制（例如 synchronized）有什么区别？
AQS 是一个低级同步机制，为 synchronized 等高级同步机制提供基础实现。AQS 提供了更多控制和灵活性，允许开发人员根据需要定制同步行为。
2. 如何在 AQS 中实现公平锁？
可以通过实现 FIFO（先进先出）队列来在 AQS 中实现公平锁。这样，等待锁的最长时间的线程将首先获取锁。
3. AQS 如何处理线程中断？
AQS 会自动处理线程中断。如果一个线程在等待锁时被中断，则该线程将从队列中移除并抛出 InterruptedException。
4. AQS 是否支持可重入锁？
是的，AQS 支持可重入锁。可重入锁允许一个线程多次获取同一把锁，而不会发生死锁。
5. AQS 在 Java 9 中有哪些改进？
Java 9 中引入了新的 AQS 子类，称为 LockSupport，它提供了更高级别的锁功能，例如条件变量和锁绑定。
