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JAVA的AQS是构建锁或同步组件的根底结构

admin 2019-10-31 209人围观 ,发现0个评论

AQS产生背景

通过JCP的JSR166规范,Jdk1.5开始引入了j.u.c(java.util.concurrent)包,这个包提供了一系列支持并发的组件。这些组件是一系列的同步器,这些同步器主要维护着以下几个功能:内部同步状态的管理(例如表示一个锁的状态是获取还是释放),同步状态的更新和检查操作,且至少有一个方法会导致调用线程在同步状态被获取时阻塞,以及在其他线程改变这个同步状态时解除线程的阻塞。上述的这些的实际例子包括:互斥排它锁的不同形式、读写锁、信号量、屏障、Future、事件指示器以及传送队列等。

几乎任一同步器都可以用来实现JAVA的AQS是构建锁或同步组件的根底结构其他形式的同步器。例如,可以用可重入锁实现信号量或者用信号量实现可重入锁。但是,这样做带来的复杂性、开销及不灵活使j.u.c最多只能是一个二流工程,且缺乏吸引力。如果任何这样的构造方式不能在本质上比其他形式更简洁,那么开发者就不应该随意地选择其中的某个来构建另一个同步器。因此,JSR166基于AQS类建立了一个小框架,这个框架为构造同步器提供一种通用的机制,并且被j.u.c包中大部分类使用,同时很多用户也可以用它来定义自己的同步器。这个就是j.u.c的作者Doug Lea大神的初衷,通过提供AQS这个基础组件来构建j.u.c的各种工具类,至此就可以理解AQS的产生背景了。

简介

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,如下图所示。AQS为一系列同步器依赖于一个单独的原子变量(state)的同步器提供了一个非常有用的基础。子类们必须定义改变state变量的protected方法,这些方法定义了state是如何被获取或释放的。鉴于此,本类中的其他方法执行所有的排队和阻塞机制。子类也可以维护其他的state变量,但是为了保证同步,必须原子地操作这些变量。

state的原子性

AbstractQueuedSynchronizer中对state的操作是原子的,且不能被继承。所有的同步机制的实现均依赖于对改变量的原子操作。为了实现不同的同步机制,我们需要创建一个非共有的(non-public internal)扩展了AQS类的内部辅助类来实现相应的同步逻辑。AbstractQueuedSynchronizer并不实现任何同步接口,它提供了一些可以被具体实现类直接调用的一些原子操作方法来重写相应的同步逻辑。AQS同时提供了互斥模式(exclusive)和共享模式(shared)两种不同的同步逻辑。一般情况下,子类只需要根据需求实现其中一种模式,当然也有同时实现两种模式的同步类,如ReadWriteLocJAVA的AQS是构建锁或同步组件的根底结构k。接下来将详细介绍AbstractQueuedSynchronizer的提供的一些具体实现方法。

state状态

AbstractQueuedSynchronizer维护了一个volatile int类型的变量,用户表示当前同步状态。volatile虽然JAVA的AQS是构建锁或同步组件的根底结构不能保证操作的原子性,但是保证了当前变量state的可见性。至于volatile的具体语义,可祝福词以参考相关文章。state的访问方式有三种:

  • getState()
  • setState()
  • compareAndSetState()

这三种叫做均是原子操作,其中compareAndSetState的实现依赖于Unsafe的compareAndSwapInt()方法。代码实现如下:

自定义资源共享方式

AQS定义两种资源共享方式:Exclusive(独占,只有一个线程能执行,如ReentrantLock)和Share(共享,多个线程可同时执行,如Semaphore/CountDownLatch)。

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。JAVA的AQS是构建锁或同步组件的根底结构自定义同步器实现时主要实现以下几种方法:

  • isHeldExclusively():该线程是否正在独占资源。只有用到condition才需要去实现它。
  • tryAcquire(int):独占方式。尝试获取资源,成功则返回true,失败则返回false。
  • tryRelease(int):独占方式。尝试释放资源,成功则返回true,失败则返回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truJAVA的AQS是构建锁或同步组件的根底结构e,否则返回false。
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