Java线程同步「AQS原理解析」

2023-11-09 01:15:05

在并发编程中，线程同步是至关重要的。线程同步可以保证多个线程同时访问共享资源时，不会出现数据错乱的情况。Java中提供了多种线程同步机制，其中最著名的就是AQS(AbstractQueuedSynchronizer)。

AQS是一个抽象类，它提供了线程同步的基本框架。AQS使用了一个队列来管理等待获取锁的线程。当一个线程想要获取锁时，它会加入队列。当队列为空时，线程可以立即获取锁。当队列不为空时，线程会进入等待状态，直到队列中的所有线程都获取了锁，它才能获取锁。

AQS提供了两种锁：公平锁和非公平锁。公平锁保证了线程获取锁的顺序与它们加入队列的顺序是一致的。非公平锁则不保证这一点。

AQS在Java中被广泛使用。例如，ReentrantLock和LinkedBlockingQueue都是基于AQS实现的。ReentrantLock是一个可重入锁，这意味着一个线程可以多次获取同一个锁。LinkedBlockingQueue是一个线程安全的队列，它使用AQS来保证队列的并发访问。

在本文中，我们将深入解析AQS的实现原理和内部机制。我们还将结合ReentrantLock和LinkedBlockingQueue源码，形象展示AQS在Java线程同步中的重要作用。

AQS的实现原理

AQS的核心数据结构是一个队列。队列中的元素是等待获取锁的线程。AQS使用了一个变量state来表示锁的状态。state的值可以是0、1或2。0表示锁是可用的，1表示锁已被一个线程获取，2表示锁正在被争用。

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的值。如果state的值是0，则说明锁是可用的，线程可以立即获取锁。如果state的值是1或2，则说明锁已经被其他线程获取或正在被争用，线程需要加入队列。

当线程加入队列后，它会进入等待状态。当队列中的所有线程都获取了锁，它才会被唤醒。当一个线程被唤醒后，它会再次调用acquire方法，尝试获取锁。如果state的值是0，则说明锁是可用的，线程可以立即获取锁。如果state的值是1或2，则说明锁已经被其他线程获取或正在被争用，线程需要继续等待。

AQS的内部机制

AQS提供了多种方法来实现线程同步。这些方法包括：

acquire方法：获取锁。
release方法：释放锁。
tryAcquire方法：尝试获取锁，如果锁不可用，则立即返回false。
hasQueuedThreads方法：检查队列中是否有等待获取锁的线程。
getQueueLength方法：获取队列中等待获取锁的线程数。
getQueuedThreads方法：获取队列中等待获取锁的线程列表。
isFair方法：检查锁是否公平锁。

这些方法可以帮助开发者实现各种各样的线程同步需求。

AQS在Java中的应用

AQS在Java中被广泛使用。例如，ReentrantLock和LinkedBlockingQueue都是基于AQS实现的。

ReentrantLock是一个可重入锁，这意味着一个线程可以多次获取同一个锁。ReentrantLock使用AQS的state变量来表示锁的状态。当一个线程获取锁时，state的值会加1。当一个线程释放锁时，state的值会减1。当state的值为0时，说明锁是可用的。

LinkedBlockingQueue是一个线程安全的队列，它使用AQS来保证队列的并发访问。LinkedBlockingQueue使用AQS的队列来管理等待获取锁的线程。当一个线程想要访问队列时，它会调用AQS的acquire方法获取锁。当线程获取锁后，它可以访问队列。当线程访问完队列后，它会调用AQS的release方法释放锁。

AQS在Java中还有很多其他应用。例如，它可以用于实现读写锁、信号量、屏障等同步机制。