并发工具类:AQS有哪些作用?(三)

总结

本篇文章是在看完相关源码之后做的一个总结。在 Java 并发编程中,AQS(AbstractQueuedSynchronizer,抽象队列同步器) 是整个核心,而 ReentrantLock、CountDownLatch 和 Semaphore 则是基于 AQS 实现的具体并发工具类

工具类 AQS 的 state 含义 独占还是共享 核心应用场景
ReentrantLock 锁的持有次数(0未持有锁,>0已锁/重入) 独占 互斥锁
CountDownLatch 计数器值(需要等待完成的事件数) 共享 等待一组线程完成后再继续
Semaphore 剩余可用的许可证(Permit)数量 共享 限流、流量控制(如数据库连接池)
ReentrantReadWriteLock 高 16 位:读锁持有的总数 低 16 位:写锁重入的次数 独占+共享 读多写少的并发场景(如缓存系统)

AQS 采用模板方法模式。它把最复杂的"线程排队、阻塞、唤醒"全部封装好了,子类只需要重写加解锁的方法来修改 state 即可

三大核心要素

  1. volatile int state:一个基于 CAS 操作的原子整数,代表同步状态。
  2. CHL 队列:一个双向链表组成的 FIFO 队列,没抢到锁/许可证的线程会被封装成 Node 节点卡在这里
  3. LockSupport:用于真正阻塞(park)和唤醒(unpark)线程

两种模式

  • 独占模式(如 ReentrantLock):同一时间只能有一个线程获取成功
  • 共享模式(如 Semaphore / CountDownLatch):同一时间可以有多个线程获取成功

ReentrantLock(可重入锁)的实现

ReentrantLock 内部定义了三个 AQS 的实现类:Sync、NonfairSync(非公平锁)和 FairSync(公平锁)。默认是非公平锁。

加锁 lock()

  1. 线程尝试通过 CAS 将 state 从 0 改为 1。

  2. 如果成功,说明抢到锁,将"锁持有者"设为当前线程。

  3. 如果失败,判断"锁持有者"是不是自己。如果是,state++(这就是可重入性)。

  4. 如果都不是,线程进入 AQS 队列排队并挂起。

解锁 unlock()

state--。当 state 减到 0 时,清空锁持有者,并唤醒 AQS 队列中下一个等待的线程。

CountDownLatch(倒计时器)的实现

CountDownLatch 也是基于 AQS 的共享模式,但它的逻辑是"一锤子买卖",不可重置。

初始化: 设定 state = count(比如 3,代表要等 3 个任务)。

扣减计数 countDown()

每次调用,通过 CAS 将 state--。

直到 state 变成 0 时,会触发 AQS 唤醒在队列中等待的主线程。

等待 await()

主线程调用 await(),AQS 会检查 state 是否为 0。

如果 state > 0,主线程直接进入 AQS 队列阻塞。

当 state == 0 时,被唤醒的主线程得以继续向下执行

Semaphore(信号量)的实现

Semaphore 同样基于 AQS 的共享模式实现。

初始化: 设定 state = permits(比如 5,代表有 5个许可证)。

获取资源 acquire()

使用 CAS 尝试将 state 减去需要的资源数(通常是 1)。

如果减完后 state >= 0,说明还有剩余资源,获取成功,线程继续执行。

如果 state < 0,说明资源不够了,当前线程会被打包放入 AQS 队列,阻塞等待。

释放资源 release()

使用 CAS 将 state++,并唤醒 AQS 队列中等待的线程出来争夺许可证。

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