深入剖析Java多线程利刃：AbstractQueuedSynchronizer (AQS)源码揭秘

AbstractQueuedSynchronizer：Java并发编程中的同步核心

AbstractQueuedSynchronizer (AQS) 是 Java 并发编程中的基石，它提供了一个灵活且可扩展的同步机制，用于控制对共享资源的访问。在本文中，我们将深入探讨 AQS 的原理、核心方法和应用场景，并通过源码分析了解它的内部运作机制。

AQS 概述

AQS 是一种抽象的同步器类，定义了一组通用的同步机制，允许子类通过重写特定的方法来实现不同的同步策略。AQS 的核心思想是使用一个队列来管理等待获取锁的线程，当锁被释放时，队列中的线程将按照先入先出的顺序获取锁。

AQS 基本原理

状态

AQS 使用一个 volatile int 类型的变量 state 来表示同步状态。state 的值可以是 0 或正整数，0 表示锁未被获取，正整数表示锁已被获取，其值等于获取锁的线程数。

队列

AQS 使用一个 FIFO（先进先出）队列来管理等待获取锁的线程。队列中每个元素都是一个 CLH 锁节点（CLH：Craig, Landin and Hagersten），CLH 锁节点包含指向下一个节点的指针和一个等待状态标志。

获取锁

当一个线程试图获取锁时，它会首先尝试通过 CAS（Compare And Swap）操作将 state 的值从 0 改为 1。如果成功，则表示线程获取锁成功；如果失败，则表示锁已被其他线程获取，当前线程将被加入到等待队列中。

释放锁

当一个线程释放锁时，它会将 state 的值减 1。如果 state 的值变为 0，则表示锁已被释放，等待队列中的下一个线程将被唤醒并获取锁。

AQS 核心方法分析

acquire(int arg)

acquire 方法是获取锁的主要方法。它通过 CAS 操作尝试获取锁，如果失败则将当前线程加入到等待队列中并阻塞。

release(int arg)

release 方法是释放锁的方法。它将 state 的值减 1，如果 state 的值变为 0，则表示锁已被释放，等待队列中的下一个线程将被唤醒并获取锁。

tryAcquire(int arg)

tryAcquire 方法尝试获取锁，但不阻塞。如果锁已被获取，则返回 false；否则返回 true。

tryRelease(int arg)

tryRelease 方法尝试释放锁，但不唤醒等待队列中的线程。如果锁已被获取，则返回 true；否则返回 false。

AQS 应用场景

AQS 是一个非常灵活的同步器，它可以被用于实现各种并发数据结构和同步工具，如：

• ReentrantLock
• Semaphore
• CountDownLatch
• Barrier

AQS 源码分析

AQS 的源码位于 java.util.concurrent.locks 包中，它是一个非常复杂的类，包含了大量的代码和注释。为了便于理解，我们可以将其分为几个部分：

状态变量

AQS 使用一个 volatile int 类型的变量 state 来表示同步状态。state 的值可以是 0 或正整数，0 表示锁未被获取，正整数表示锁已被获取，其值等于获取锁的线程数。

队列

AQS 使用一个 FIFO（先进先出）队列来管理等待获取锁的线程。队列中每个元素都是一个 CLH 锁节点（CLH：Craig, Landin and Hagersten），CLH 锁节点包含指向下一个节点的指针和一个等待状态标志。

获取锁

当一个线程试图获取锁时，它会首先尝试通过 CAS（Compare And Swap）操作将 state 的值从 0 改为 1。如果成功，则表示线程获取锁成功；如果失败，则表示锁已被其他线程获取，当前线程将被加入到等待队列中。

释放锁

当一个线程释放锁时，它会将 state 的值减 1。如果 state 的值变为 0，则表示锁已被释放，等待队列中的下一个线程将被唤醒并获取锁。

结语

AQS 是 Java 并发编程中的一个关键组件，它提供了灵活、可扩展的同步机制，使开发者能够创建高性能和高可靠的并发应用程序。通过深入了解 AQS 的原理和实现，我们可以更好地掌握 Java 并发编程的核心机制。

常见问题解答

Q1：什么是 AQS？

A：AQS 是 Java 并发编程中的一种抽象同步器类，它提供了灵活且可扩展的同步机制，用于控制对共享资源的访问。

Q2：AQS 的核心思想是什么？

A：AQS 使用一个队列来管理等待获取锁的线程，当锁被释放时，队列中的线程将按照先入先出的顺序获取锁。

Q3：AQS 的主要方法有哪些？

A：AQS 的主要方法包括 acquire()、release()、tryAcquire() 和 tryRelease()，这些方法用于获取锁、释放锁和尝试获取/释放锁。

Q4：AQS 有哪些应用场景？

A：AQS 可以用于实现各种并发数据结构和同步工具，如 ReentrantLock、Semaphore、CountDownLatch 和 Barrier。

Q5：如何在实际应用程序中使用 AQS？

A：要使用 AQS，需要创建一个 AQS 的子类并重写特定的方法以实现特定的同步策略。然后，可以将该子类用于创建并发数据结构或同步工具。