AQS (AbstractQueuedSynchronizer): 对 Java acquire() 方法的深入剖析

引言

在 Java 并发编程中，AbstractQueuedSynchronizer (AQS) 扮演着至关重要的角色，它是同步工具的基础，负责协调多线程之间的资源访问。AQS 的核心机制之一就是 acquire() 方法，本文将深入分析 acquire() 的工作原理，揭示其在并发控制中的关键作用。

AQS 的队列机制

AQS 的实现基于队列机制。它维护了一个 FIFO（先进先出）队列，用于管理等待获取锁的线程。每个线程在进入队列时都会获得一个排队顺序号。队列的前端称为队头，指向当前拥有锁的线程，而队列的末端称为队尾，指向等待队列中最后一个线程。

acquire() 方法

acquire() 方法是 AQS 中获取锁的关键步骤。它遵循以下核心步骤：

1. 检查锁状态： 如果锁未被持有，acquire() 将直接获取锁并返回。
2. 加入队列： 如果锁已被持有，当前线程将加入队列，并获得一个排队顺序号。
3. 等待前序线程： 当前线程进入等待状态，直到前序线程释放锁或队列超时。
4. 获取锁： 当当前线程排到队头时，它将获取锁并退出等待状态。

acquire() 的内部实现

acquire() 方法的内部实现涉及以下关键操作：

• CAS 操作： AQS 使用 CAS（比较并交换）操作来更新锁状态，确保并发操作的原子性。
• CLH 队列： AQS 使用 CLH 队列实现等待队列，该队列具有高性能和低竞争开销。
• 阻塞机制： 当线程加入队列时，它将进入阻塞状态，直到被唤醒。

acquire() 的应用

acquire() 方法广泛应用于各种同步场景中，包括：

• 锁： acquire() 可用于获取显式锁，控制对共享资源的访问。
• 屏障： acquire() 可用于实现屏障，等待所有线程到达指定点再继续执行。
• 读写锁： acquire() 可用于实现读写锁，协调对数据的并发读写访问。

性能考虑

acquire() 的性能至关重要，因为它影响着并发应用程序的效率。以下因素会影响 acquire() 的性能：

• 队列长度： 队列长度越长，获取锁的等待时间越长。
• 竞争强度： 竞争线程越多，获取锁的难度越大。
• 锁的类型： 不同类型的锁（如互斥锁和读写锁）具有不同的性能特征。

总结

AQS 的 acquire() 方法是 Java 并发编程中一个重要的组件。它通过队列机制实现了锁的获取，在协调多线程资源访问方面发挥着关键作用。深入理解 acquire() 的工作原理对于设计和实现高效的并发应用程序至关重要。