Java面试---AQS

待我称王封你为后i 2022-12-21 02:25 95阅读 0赞

# AQS原理 #

AQS：AbstractQuenedSynchronizer抽象的队列式同步器。是除了java自带的synchronized关键字之外的锁机制。  
AQS的全称为（AbstractQueuedSynchronizer），这个类在java.util.concurrent.locks包

# AQS的核心思想 #

如果被请求的共享资源空闲，则将当前请求资源的线程设置为有效的工作线程，并将共享资源设置为锁定状态，如果被请求的共享资源被占用，那么就需要一套线程阻塞等待以及被唤醒时锁分配的机制，这个机制AQS是用CLH队列锁实现的，即将暂时获取不到锁的线程加入到队列中。

CLH（Craig，Landin，and Hagersten）队列是一个**虚拟的双向队列**，虚拟的双向队列即不存在队列实例，仅存在节点之间的关联关系。  
AQS是将每一条请求共享资源的线程封装成一个CLH锁队列的一个结点（Node），来实现锁的分配。

用大白话来说，**AQS就是基于CLH队列，用volatile修饰共享变量state，线程通过CAS去改变状态符，成功则获取锁成功，失败则进入等待队列，等待被唤醒。**

注意：**AQS是自旋锁：在等待唤醒的时候，经常会使用自旋（while(!cas())）的方式，不停地尝试获取锁，直到被其他线程获取成功。**

**实现了AQS的锁有：自旋锁、互斥锁、读锁写锁、条件产量、信号量、栅栏都是AQS的衍生物。**

# AQS实现的具体方式 #

AQS实现的具体方式如下：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppa2UxMTIzMQ_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]  
如图，**AQS维护了一个volatile int state和一个FIFO线程等待队列**，多线程争用资源被阻塞的时候就会进入这个队列。

AQS是一个抽象类，不可以被实例化，它的设计之初就是为了让子类通过继承来实现多样的功能的。它内部提供了**一个FIFO的等待队列，用于多个线程等待一个事件（锁）**。它**有一个重要的状态标志——state**，该属性**是一个int值**，**表示对象的当前状态**（如0表示unlock，大于1表示lock）。

state就是共享资源，其访问方式有如下三种：

> getState();  
> setState();  
> compareAndSetState();

AQS 定义了两种资源共享方式：  
1.Exclusive：**独占**，只有一个线程能执行，如ReentrantLock  
2.Share：**共享**，多个线程可以同时执行，如Semaphore、CountDownLatch、ReadWriteLock，CyclicBarrier

不同的自定义的同步器争用共享资源的方式也不同。  
**AQS底层使用了模板方法模式**  
同步器的设计是基于模板方法模式的，如果需要自定义同步器一般的方式是这样（模板方法模式很经典的一个应用）：

使用者继承AbstractQueuedSynchronizer并重写指定的方法。（这些重写方法很简单，无非是对于共享资源state的获取和释放）  
将AQS组合在自定义同步组件的实现中，并调用其模板方法，而这些模板方法会调用使用者重写的方法。  
这和我们以往通过实现接口的方式有很大区别，这是模板方法模式很经典的一个运用。

自定义同步器在实现的时候只需要实现共享资源state的获取和释放方式即可，至于具体线程等待队列的维护，AQS已经在顶层实现好了。自定义同步器实现的时候主要实现下面几种方法：

> 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true，否则返回false。

**ReentrantLock为例**，（可重入独占式锁）：state初始化为0，表示未锁定状态，A线程lock()时，会调用tryAcquire()独占锁并将state+1.之后其他线程再想tryAcquire的时候就会失败，直到A线程unlock（）到state=0为止，其他线程才有机会获取该锁。A释放锁之前，自己也是可以重复获取此锁（state累加），这就是可重入的概念。  
注意：获取多少次锁就要释放多少次锁，保证state是能回到零态的。

**以CountDownLatch为例**，任务分N个子线程去执行，state就初始化 为N，N个线程并行执行，每个线程执行完之后countDown（）一次，state就会CAS减一。当N子线程全部执行完毕，state=0，会unpark()主调用线程，主调用线程就会从await()函数返回，继续之后的动作。

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tryAcquire-tryRelease、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**。在acquire() acquireShared()两种方式下，线程在等待队列中都是忽略中断的，acquireInterruptibly()/acquireSharedInterruptibly()是支持响应中断的。

**原文链接**  
https://blog.csdn.net/mulinsen77/article/details/84583716

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