详解AQS的7个同步组件

时间:2022-05-26 00:53:00
摘要:AQS的全称为Abstract Queued Synchronizer,是在J.U.C(java.util.concurrent)下子包中的类。

本文分享自华为云社区《【高并发】AQS案例详解》,作者: 冰 河。

AQS的全称为Abstract Queued Synchronizer,是在J.U.C(java.util.concurrent)下子包中的类。

一、AQS的设计如下

(1)使用Node实现FIFO队列,可以用于构建锁或者其他同步装置的基础框架。

(2)利用了一个int类型表示状态

在AQS类中,有一个叫做state的成员变量。

基于AQS有一个同步组件ReentrantLock,在ReentrantLock中,state表示获取锁的线程数。如果state=0,则表示还没有线程获取锁;如果state=1,则表示有线程获取了锁;如果state>1,则表示重入锁的数量。

(3)使用方法是继承

设计上基于模板方法,使用时需要继承AQS,并覆写其中的方法

(4)子类通过继承并通过实现它的方法管理其状态{acquire和release}的方法操纵状态

(5)可以同时实现排它锁和共享锁模式(独占、共享)

站在使用者的角度,AQS的功能主要分为两类:独占模式和共享模式。它的所有子类中要么实现并使用了它的独占功能的API,要么使用了共享锁的功能,而不会同时使用两套API。即便是它最有名的子类——ReentrantReadWriteLock,也是通过两个内部类——ReadLock(读锁)和WriteLock(写锁)两套API来实现的。

二、AQS内部实现的大体思路

首先,AQS内部维护了一个CLH队列来管理锁,线程会首先尝试获取锁,如果失败,就将当前线程以及等待等信息封装成一个Node节点,加入到同步队列SyncQueue,接着会不断循环尝试获取锁,获取锁的条件是当前节点为Head的直接后继节点才会尝试获取锁,如果失败,就会阻塞自己,直到自己被唤醒。而持有锁的线程释放锁的时候,会唤醒队列中的后继线程。基于这些基础的设计和思路,JDK提供了许多基于AQS的子类,比如:CountDownLatch、Semaphore、CyclicBarrier、ReentrantLock、Condition、FutureTask等

三、AQS同步组件

  • CountDownLatch:闭锁,通过一个计数,来保证线程是否一直阻塞
  • Semaphore:控制同一时间并发线程的数目
  • CyclicBarrier:与CountDownLatch类似,都能阻塞进程;
  • ReentrantLock:可重入锁
  • Condition: 在使用时需要ReentrantLock
  • FutureTask:对比Runnable和Callable

1.CountDownLatch

同步辅助类,通过它可以阻塞当前线程。也就是说,能够实现一个线程或者多个线程一直等待,直到其他线程执行的操作完成。使用一个给定的计数器进行初始化,该计数器的操作是原子操作,即同时只能有一个线程操作该计数器。
调用该类await()方法的线程会一直阻塞,直到其他线程调用该类的countDown()方法,使当前计数器的值变为0为止。每次调用该类的countDown()方法,当前计数器的值就会减1。当计数器的值减为0的时候,所有因调用await()方法而处于等待状态的线程就会继续往下执行。这种操作只能出现一次,因为该类中的计数器不能被重置。如果需要一个可以重置计数次数的版本,可以考虑使用CyclicBarrier类。
CountDownLatch支持给定时间的等待,超过一定的时间不再等待,使用时只需要在await()方法中传入需要等待的时间即可。此时,await()方法的方法签名如下:

public boolean await(long timeout, TimeUnit unit)