Java 并发之 AQS

    技术2022-07-10  134

    1. AQS

    AQS(AbstractQueuedSynchronizer) 是一个用来构建锁和同步器的框架,内部定义了很多锁的相关方法,使用 AQS 能简单高效的构造出大量的同步器,常见的 ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock、CountDownLatch、Semaphore、SychronousQueue 等都是基于 AQS 的。

    1.1 AQS 原理

    AQS 内部维护了一个 volatile int state 来表示同步状态,通过内置的 FIFO 队列来完成获取资源线程的排队工作。AQS 使用 CAS 对改同步状态进行原子操作实现对其值的修改。

    protected final int getState() { return state; } protected final void setState(int newState) { state = newState; } protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) { return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update); }

    1.2 AQS 对资源的共享方式

    Exclusive 独占,比如 ReentrantLockShare 共享,多个线程共享,比如 Semaphore、CountDownLatch

    1.3 模板模式

    同步器的设计是基于模板设计模式的,一般自定义同步器的方式: 继承 AQS,重写其指定方法将 AQS 组合在自定义同步组件的实现中,调用其模板方法,这些模板方法会优先调用重写的方法 需要重写的 AQS 方法: isHeldExclusively() 改线程是否正在独占资源tryAcquire(int) 尝试独占获取资源tryRelease(int) 尝试独占释放资源tryAcquireShared(int) 共享方式获取资源tryReleaseShared(int) 共享方式释放资源 这些方法在 AQS 里都是直接 throw new UnsupportedOperationException();一般来说,同步器只需要实现独占的方法或者共享方法中的一种就够了,但是也支持两种方式,比如 ReentrantReadWriteLock

    2. 同步器

    2.1 Semaphore 信号量

    允许多个线程同时访问执行 acquire 阻塞,直到有一个许可证可以获得然后拿走一个许可证,也可以多个release 方法是释放一个许可,可能会释放一个 acquire 阻塞的线程,也可以多个主要是维持了一个可获得许可证的数量,常用于限制某资源的线程数量Semaphore 的构造方法也可以设置公平和非公平模式

    2.2 CountDownLatch 倒计时器

    允许 count 个线程阻塞在一个地方,知道所有的线程执行完毕countDown 方法其实就是调用 tryReleaseShared 以 CAS 的方式减少 state,当 state 为 0 时表示所有线程都执行力 countDown,所有阻塞的线程会继续执行下去state 不为 0 的时候,把线程放入阻塞队列,自旋检查 state 值将 state 设为 n,适用于主线程等待其他线程然后一起执行将 state 设为 1,其他都 countDownLatch.await() 住,一执行 countDown 多个线程同时执行,可以实现线程的并行性CountDownLatch 是一次性的,只能再初始化的时候设置 state,没有其它方法能改变这个值

    2.3 CyclicBarrier 循环栅栏

    和 CountDownLatch 很类似,但是是基于 ReetrantLock 和 Condition 的就是让一组线程到达一个屏障的时候被阻塞,直到最后一个线程到达这个屏障就释放所有 await 的线程构造函数中可以添加 Runnable,实现类似于回调函数的功能,当所有线程到达屏障时,执行方法可以实现多线程计算,再统计的功能CountDownLatch 重点是一个线程等待,其它线程在执行完某件事之后可以终止,也可以等待CyclicBarrier 重点是所有线程到达,阀门打开继续执行,一个线程没有完成其他都要等待

    2.4 ReetrantLock

    ReentrantReadWriteLock 相比于 ReetrantLock 可以保证多线程同时读
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