独步Java并发编程的护城河：AQS，你不得不知的源码秘籍

2023-10-25 06:36:07

什么是AQS？

AbstractQueuedSynchronizer（简称AQS）是Java并发库中一个非常重要的抽象类。它为实现依赖于先进先出等待队列的各种阻塞锁和相关同步器提供了构建模块。AQS的出现大大简化了自定义同步工具的开发，如ReentrantLock、Semaphore等。

AQS的核心原理

AQS基于一个内部volatile int类型的state字段以及一系列以模板方法模式设计的状态访问方法（getState, setState, compareAndSetState）进行状态管理。通过组合使用这些状态方法和内置的FIFO队列，AQS可以实现多种同步器功能。

独占模式与共享模式

独占模式通常用于互斥锁（如ReentrantLock），它要求一个线程在成功获取到资源后，其他请求该资源的线程必须等待。相反地，共享模式允许多个线程同时访问同一资源（例如Semaphore）。这两种模式的关键在于如何处理state字段的变化。

深入AQS源码

ReentrantLock的实现

ReentrantLock是AQS的一个典型应用案例，它利用了独占模式来实现互斥锁。当一个线程试图获取锁时，如果状态为0（未锁定），则该线程将尝试通过compareAndSetState方法将其设置为1，从而成功获得锁。

public class ReentrantLockDemo {
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    public void accessResource() {
        lock.lock();
        try {
            // 访问资源的代码段
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

CLH队列的工作原理

AQS使用了CLH（Craig, Landin, and Hagersten）锁队列，这是一种非阻塞自旋锁。它通过一个虚拟节点作为尾部，利用每个节点的前驱关系来构建等待线程的FIFO队列。

static final class Node {
    volatile int waitStatus;
    volatile Node prev;
    volatile Node next;
    volatile Thread thread;

    // 其他方法省略...
}

应用场景分析

在多线程并发环境中，正确使用AQS及其衍生类（如ReentrantLock）对于保证数据的一致性和避免死锁至关重要。例如，在一个Web应用中，为了确保数据库操作的原子性，可以利用ReentrantLock来同步对共享资源的访问。

public class DatabaseAccess {
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    
    public void updateRecord(String recordId) {
        lock.lock();
        try {
            // 更新记录的操作
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}