Java并发基础之AbstractQueuedSynchronizer(AQS)
AbstractQueuedSynchronizer同步器是实现JUC核心基础组件,因为 定义了一套多线程访问共享资源的同步器框架。前面几篇文章中JUC同步工具中都利用AQS构建自身的阻塞类。AQS解决了子类实现同步器时涉及的大量细节问题,例如获取同步状态、FIFO同步队列等;同时采用模板方法模式,AQS实现大量通用方法,子类通过继承方式实现其抽象方法来管理同步状态。先看看其UML图:
首先从类名看这是一个抽象队列同步器,那么是这样的队列呢?CLH同步队列。
AQS它维护了一个 volatile int 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)。
通过AQS UML图可知state有三种访问方式:
线程等待队列节点详细结构源码如下:
其中acquire/release、acquireShared/releaseShared 是AQS里面的两对模板方法。以acquire为例跟踪分析具体方法:
获取操作可能是独占的exclusive(ReentrantLock),也可能是非独占的share(Semaphore和CountDownLatch),取决于不同的Synchronizer。
AQS 只是一个框架,具体资源的获取/释放方式交由自定义同步器去实现, AQS 这里只定义了一个接口,具体资源的获取交由自定义同步器去实现了(通过 state 的 get/set/CAS)之所以没有定义成abstract ,是 因 为独 占模 式 下 只 用实现 tryAcquire-tryRelease ,而 共享 模 式 下 只用 实 现tryAcquireShared-tryReleaseShared。如果都定义成abstract,那么每个模式也要去实现另一模式下的接口。不同的自定义同步器争用共享资源的方式也不同。自定义同步器在实现时只需要实现共享资源 state 的获取与释放方式即可,至于具体线程等待队列的维护(如获取资源失败入队/唤醒出队等), AQS 已经在顶层实现好了。自定义同步器实现时主要实现以下几种方法:
1. isHeldExclusively():该线程是否正在独占资源。只有用到 condition 才需要去实现它。
2. tryAcquire(int):独占方式。尝试获取资源,成功则返回 true,失败则返回 false。
3. tryRelease(int):独占方式。尝试释放资源,成功则返回 true,失败则返回 false。
4. 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。
5. 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。
一般来说,自定义同步器要么是独占方法,要么是共享方式,他们也只需实现 tryAcquiretryRelease、 tryAcquireShared-tryReleaseShared 中的一种即可。 但 AQS 也支持自定义同步器同时实现独占和共享两种方式,如 ReentrantReadWriteLock。
一个获取操作分为两步:
第一步,Synchronizer判断当期状态是否允许被获得。如果是,就让线程执行;如果不是,获取操作阻塞或者失败。具体判断有Synchronizer的语意决定,可以举例说明:如果想成功获取锁,锁必须是未被占有的;二如果想成功地获取闭锁,闭锁必须未处于终止状态。
第二步包括了可能需要更新的状态。一个想获取Synchronizer的线程会影响到其他线程是否能够获取它。例如,获取锁的操作将锁的状态从“未被占有”改变为“已被占有”;从Semaphore中获取许可的操作会检索剩余许可的数量。另一方面,一个响应对闭锁的请求操作却不会影响到其他薪酬是否能够获取他,所以获取闭锁的操作不会改变闭锁的状态。
除以上提到的tryXXX方法需要在子类中重写,其他AQS提供的模板方法可参考显式锁之ReentrantLock实现 - 池塘里洗澡的鸭子 - 博客园 (cnblogs.com)及相关利用AQS实现的阻塞类的使用。
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