一文详解队列同步器—AQS

桃扇骨 2024-03-25 23:09 72阅读 0赞

![format_png][]

### 前言 ###

**AbstractQueuedSynchronizer**，即**队列同步器**，通过继承**AbstractQueuedSynchronizer**并重写其方法可以实现锁或其它同步组件，本篇文章将对**AbstractQueuedSynchronizer**的使用和原理进行学习。

**参考资料：《Java并发编程的艺术》**

### 正文 ###

#### 一. AbstractQueuedSynchronizer的使用 ####

**AbstractQueuedSynchronizer**的使用通常如下。

*  创建**AbstractQueuedSynchronizer**的子类作为同步组件（例如**ReentrantLock**和**CountDownLatch**等）的静态内部类并重写**AbstractQueuedSynchronizer**规定的可重写的方法；
 *  同步组件通过调用**AbstractQueuedSynchronizer**提供的模板方法来实现同步组件的同步功能。

先对**AbstractQueuedSynchronizer**的可重写的方法进行说明。**AbstractQueuedSynchronizer**是基于**模板设计模式**来实现锁或同步组件的，**AbstractQueuedSynchronizer**内部维护着一个字段叫做**state**，该字段表示**同步状态**，是一个整型变量，**AbstractQueuedSynchronizer**规定了若干方法来操作**state**字段，但**AbstractQueuedSynchronizer**本身并没有对这些方法进行实现，而是要求**AbstractQueuedSynchronizer**的子类来实现这些方法，下面看一下这些方法的签名和注释。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>方法签名</th> 
   <th>注释</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><strong>protected boolean tryAcquire(int arg)</strong></td> 
   <td>独占式地获取同步状态。该方法在独占式获取同步状态以前应该判断是否允许独占式获取，如果允许则尝试基于<strong>CAS</strong>方式来设置同步状态，设置成功则表示获取同步状态成功。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><strong>protected boolean tryRelease(int arg)</strong></td> 
   <td>独占式地释放同步状态。可以理解为将同步状态还原为获取前的状态。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><strong>protected int tryAcquireShared(int arg)</strong></td> 
   <td>共享式地获取同步状态。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><strong>protected boolean tryReleaseShared(int arg)</strong></td> 
   <td>共享式地释放同步状态。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><strong>protected boolean isHeldExclusively()</strong></td> 
   <td>判断当前线程是否独占当前队列同步器。</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

实际上，**AbstractQueuedSynchronizer**规定的这些可重写的方法，均会被**AbstractQueuedSynchronizer**提供的模板方法所调用，在基于**AbstractQueuedSynchronizer**实现同步组件时，可根据同步组件的实际功能来重写这些可重写方法，然后再通过调用模板方法来实现同步组件的功能。下面看一下**AbstractQueuedSynchronizer**提供的模板方法。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>方法签名</th> 
   <th>注释</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><strong>public final void acquire(int arg)</strong></td> 
   <td>独占式获取同步状态，即独占式获取锁。获取成功则该方法返回，获取失败则当前线程进入<strong>同步队列</strong>等待。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><strong>public final void acquireInterruptibly(int arg) throws InterruptedException</strong></td> 
   <td>独占式获取同步状态，并响应中断。即如果获取同步状态失败，则会进入同步队列等待，此时如果线程被中断，则会退出等待状态并抛出中断异常。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><strong>public final boolean tryAcquireNanos(int arg, long nanosTimeout) throws InterruptedException</strong></td> 
   <td>同<strong>acquireInterruptibly(int arg)</strong>，并在其基础上指定了等待时间，若超时还未获取同步状态则返回<strong>false</strong>。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><strong>public final void acquireShared(int arg)</strong></td> 
   <td>共享式获取同步状态，即共享式获取锁。获取成功则该方法返回，获取失败则当前线程进入同步队列等待，支持同一时刻多个线程获取到同步状态。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><strong>public final void acquireSharedInterruptibly(int arg) throws InterruptedException</strong></td> 
   <td>共享式获取同步状态，并响应中断。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><strong>public final boolean tryAcquireSharedNanos(int arg, long nanosTimeout) throws InterruptedException</strong></td> 
   <td>同<strong>acquireSharedInterruptibly(int arg)</strong>，并在其基础上指定了等待时间，若超时还未获取同步状态则返回<strong>false</strong>。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><strong>public final boolean release(int arg)</strong></td> 
   <td>独占式地释放同步状态，即独占式地释放锁。成功释放锁之后会将同步队列中的第一个节点的线程唤醒。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><strong>public final boolean releaseShared(int arg)</strong></td> 
   <td>共享式地释放同步状态。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><strong>public final Collection</strong>&lt;<strong>Thread</strong>&gt;&nbsp;<strong>getQueuedThreads()</strong></td> 
   <td>获取在同步队列上等待地线程。</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

下面结合《**Java**并发编程的艺术》中的例子的简化版，来直观的展示使用**AbstractQueuedSynchronizer**来实现同步组件的方便，如下所示。

public class MyLock {
    
        private final Sync sync = new Sync();
    
        public void lock() {
            sync.acquire(1);
        }
    
        public void unlock() {
            sync.release(1);
        }
    
        private static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
            @Override
            protected boolean tryAcquire(int unused) {
                if (compareAndSetS

[format_png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/25/66a5240105fa426f914c8b07a48a6beb.png