AQS——同步器框架之源

1. AQS原理

AQS是AbstractQueuedSynchronizer的简称。AQS提供了一种实现阻塞锁和一系列依赖FIFO等待队列的同步器的框架。

1.1 AQS的继承关系

与ReentrantLock和Semaphore之间的继承体系

1.2 AQS的实现原理

AQS中维护了一个整型变量 state（代表共享资源）和一个FIFO线程等待队列（多线程争用资源被阻塞时会进入此队列）。

state 初始化 0，在多线程条件下，线程要执行临界区的代码，必须首先获取 state，某个线程获取成功之后， state 加 1，其他线程再获取的话由于共享资源已被占用，所以会到 FIFO 等待队列去等待，等占有 state 的线程执行完临界区的代码释放资源( state 减 1)后，会唤醒 FIFO 中的下一个等待线程（head 中的下一个结点）去获取 state。
state 由于是多线程共享变量，所以必须定义成 volatile，以保证 state 的可见性, 同时虽然 volatile 能保证可见性，但不能保证原子性，所以 AQS 提供了对 state 的原子操作方法，保证了线程安全。
另外 AQS 中实现的 FIFO 队列（CLH 队列）其实是双向链表实现的，由 head, tail 节点表示，head 结点代表当前占用的线程，其他节点由于暂时获取不到锁所以依次排队等待锁释放。

java 复制代码

public abstract class AbstractQueuedSynchronizer extends AbstractOwnableSynchronizerimplements java.io.Serializable {
    // 以下为双向链表的首尾结点，代表入口等待队列
    private transient volatile Node head;
    private transient volatile Node tail;
    // 共享变量 state
    private volatile int state;
    // cas 获取 / 释放 state，保证线程安全地获取锁
    protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
        // See below for intrinsics setup to support this\
        return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
    }
 }

2. 源码解析

通过对ReentrantLock独占锁源码的分析，来理解AQS的底层原理，共享锁与 Condition 的实现与独占锁和非公平锁原理相似，在此不过多阐述。

java 复制代码

static final class NonfairSync extends Sync {
    private static final long serialVersionUID = 7316153563782823691L;

    /**
     * Performs lock.  Try immediate barge, backing up to normal
     * acquire on failure.
     */
    final void lock() {
        if (compareAndSetState(0, 1))
            setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
        else
            acquire(1);
    }

    protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
        return nonfairTryAcquire(acquires);
    }
}

java 复制代码

static final class FairSync extends Sync {
    private static final long serialVersionUID = -3000897897090466540L;

    final void lock() {
        acquire(1);
    }

    /**
     * Fair version of tryAcquire.  Don't grant access unless
     * recursive call or no waiters or is first.
     */
    protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
        final Thread current = Thread.currentThread();
        int c = getState();
        if (c == 0) {
            if (!hasQueuedPredecessors() &&
                compareAndSetState(0, acquires)) {
                setExclusiveOwnerThread(current);
                return true;
            }
        }
        else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
            int nextc = c + acquires;
            if (nextc < 0)
                throw new Error("Maximum lock count exceeded");
            setState(nextc);
            return true;
        }
        return false;
    }
}

java 复制代码

public final void acquire(int arg) {
    if (!tryAcquire(arg) &&
        acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
        selfInterrupt();
}

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1. AQS原理

1.1 AQS的继承关系

1.2 AQS的实现原理

2. 源码解析

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