Java中的AbstractQueuedSynchronizer
(AQS)是Java并发框架的核心组件之一,它位于java.util.concurrent.locks
包下。AQS为Java的锁和其他同步工具提供了基础架构,它使用模板设计模式和一种称为"CLH锁"的算法来实现高效的线程同步。
AQS的主要组成部分
AQS的主要功能围绕着一个volatile整型成员变量state
和一个FIFO线程等待队列来组织。state
变量用于表示同步状态,比如锁是否被持有,有多少线程正在持有锁等。这个状态变量是通过原子更新的方式来保证线程安全性。
CLH锁算法
AQS使用CLH锁算法(Craig, Landin, and Hagersten)来管理线程间的同步。CLH锁算法的特点是使用了一个尾指针(tail pointer)来标识队列的末端,新来的线程会将其自身添加到队列的尾部,并且将自己设置为队列的新的尾节点。当线程从等待队列中被唤醒时,它会检查前一个节点的状态,以确定是否可以尝试获取锁。
AQS的关键方法
AQS提供了一些关键的方法,它们被子类重写以适应特定的同步需求:
isHeldExclusively()
:判断当前同步状态是否是独占模式。tryAcquire(int)
和tryRelease(int)
:尝试获取和释放同步状态,这两个方法由子类实现,用于具体的操作。tryAcquireShared(int)
和tryReleaseShared(int)
:尝试获取和释放共享模式下的同步状态。acquire(int)
和acquireShared(int)
:如果无法立即获取同步状态,这些方法会将当前线程放入等待队列并阻塞当前线程。release(int)
和releaseShared(int)
:释放同步状态,如果这是最后一个持有同步状态的线程,它会唤醒等待队列中的下一个线程。
AQS的子类
AQS的子类包括但不限于:
ReentrantLock
:可重入的互斥锁。Semaphore
:信号量,用于控制对有限数量资源的访问。CountDownLatch
:倒计时门闩,用于等待一组操作完成。CyclicBarrier
:循环栅栏,用于等待固定数量的线程到达某个点。ReadWriteLock
:读写锁,允许多个读线程同时访问资源,但不允许读线程和写线程或者两个写线程同时访问。
AQS的工作流程
当线程试图获取同步状态时,AQS会调用tryAcquire
或tryAcquireShared
方法。如果同步状态无法立即获取,线程会被插入到等待队列中,并且线程会被阻塞。当同步状态被释放时,AQS会唤醒等待队列中的一个或多个线程,使其有机会再次尝试获取同步状态。
总结
AQS是Java并发包中的一个高度抽象和灵活的工具,它通过模板方法和钩子函数(hook methods)的设计模式,为开发者提供了构建各种同步组件的基础。通过重写AQS提供的方法,开发者可以轻松地实现自定义的同步逻辑,而不需要关心线程调度和同步状态的底层细节。AQS的使用,大大简化了Java中并发控制组件的开发和维护。