AQS详解-白红宇

AQS详解

阅读量：313 次

发布时间：2019-03-03

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AQS详解

所谓AQS，指的是AbstractQueuedSynchronizer，它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，ReentrantLock、Semaphore、CountDownLatch、CyclicBarrier等并发类均是基于AQS来实现的，具体用法是通过集成AQS实现其模板方法，然后将子类作为同步组件的内部类。

了解一个框架最好的方式是读源码。

AQS是JDK1.5之后才出现的。

基本框架

AQS的基本思想及其相关概念。

AQS的基本框架如下图所示：

AQS维护了一个volatile语义（支持多线程下的可见性）的共享资源变量state和一个FIFO线程等待队列（多线程竞争state被阻塞时会进入此队列）。

State

共享资源变量state，它是int数据类型的，其访问方式有3种：

getState()

setState(int newState)

compareAndSetState(int expect, int update)

上述3中方式均是原子操作，其中compareAndSetStatus()的实现依赖于Unsafe的compareAndSwapInt()方法。

具有内存读可见性语义.

具有内存写可见性语义

具有内存读/写可见性语义

资源的共享方式为2种：

独占式(Exclusive)

只有单个线程能够成功获取资源并执行，如ReentrantLock。

共享式(Shared)

多个线程可成功获取资源并执行，如Semaphore/CountDownLatch等。

AQS将大部分的同步逻辑均已经实现好，继承的自定义同步器只需要实现state的获取(acquire)和释放(release)的逻辑代码就可以，主要包括下面方法：

tryAcquire(int): 独占方式。尝试获取资源，成功返回true，失败返回false;

tryRelease(int): 独占方式。尝试释放资源，成功返回true，失败返回false;

tryAcquireShared(int): 共享方式。尝试获取资源。负数表示失败；0表示成功，但没有剩余可用资源；正数表示成功，且有剩余资源;

tryReleaseShared(int): 共享方式。尝试释放资源，如果释放后允许唤醒后续等待结点返回true，否则返回false;

isHeldExclusively(): 该线程是否正在独占资源。只有用到condition才会去实现它。

AQS需要子类覆写的方法均没有声明为abstract，目的是避免子类需要强制性覆写多个方法，因为一般自定义同步器要么是独占方法，要么是共享方法，只需实现tryAcquire-tryRelease、tryAcquireShared-tryReleaseShared中的一种即可。

当然，AQS也支持子类同时实现独占和共享两种模式，如ReentrantReadWriteLock。

CLH队列（FIFO）

AQS通过内部类Node来实现FIFO队列，源代码解析如下：

/** CLH Nodes */abstract static class Node {
       volatile Node prev;       // initially attached via casTail    volatile Node next;       // visibly nonnull when signallable    Thread waiter;            // visibly nonnull when enqueued    volatile int status;      // written by owner, atomic bit ops by others    // methods for atomic operations    final boolean casPrev(Node c, Node v) {
     // for cleanQueue        return U.weakCompareAndSetReference(this, PREV, c, v);    }    final boolean casNext(Node c, Node v) {
     // for cleanQueue        return U.weakCompareAndSetReference(this, NEXT, c, v);    }    final int getAndUnsetStatus(int v) {
        // for signalling        return U.getAndBitwiseAndInt(this, STATUS, ~v);    }    final void setPrevRelaxed(Node p) {
         // for off-queue assignment        U.putReference(this, PREV, p);    }    final void setStatusRelaxed(int s) {
        // for off-queue assignment        U.putInt(this, STATUS, s);    }    final void clearStatus() {
                  // for reducing unneeded signals        U.putIntOpaque(this, STATUS, 0);    }    private static final long STATUS        = U.objectFieldOffset(Node.class, "status");    private static final long NEXT        = U.objectFieldOffset(Node.class, "next");    private static final long PREV        = U.objectFieldOffset(Node.class, "prev");}// Concrete classes tagged by typestatic final class ExclusiveNode extends Node {
    }static final class SharedNode extends Node {
    }static final class ConditionNode extends Node    implements ForkJoinPool.ManagedBlocker {
       ConditionNode nextWaiter;            // link to next waiting node    /**         * Allows Conditions to be used in ForkJoinPools without         * risking fixed pool exhaustion. This is usable only for         * untimed Condition waits, not timed versions.         */    public final boolean isReleasable() {
           return status <= 1 || Thread.currentThread().isInterrupted();    }    public final boolean block() {
           while (!isReleasable()) LockSupport.park();        return true;    }}

获取资源（独占模式）

acquire(int)

首先讲解独占模式(Exclusive)下的获取/释放资源过程，其入口方法为：

public final void acquire(int arg) {
       if (!tryAcquire(arg))        acquire(null, arg, false, false, false, 0L);}

tryAcquire(arg)为线程获取资源的方法函数，在AQS中定义如下：

protected boolean tryAcquire(int arg) {
       throw new UnsupportedOperationException();}

很明显，该方法是空方法，且由protected修饰，说明该方法需要由子类即自定义同步器来实现。

转载地址：http://vhuq.baihongyu.com/

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