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JUC之AQS

时间:2020-05-08 18:04:00      阅读:63      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:water   解决   unp   ati   之间   概念   关联   shared   设置   

AQS:AbstractQuenedSynchronizer抽象的队列式同步器,这个类在java.util.concurrent.locks包下,是JAVA除了自带的synchronized关键字之外的锁机制实现。AQS中维护了一个 volatile int state 变量(代表共享资源)和一个CLH队列(多线程争抢资源失败被阻塞时进入的FIFO队列)。

AQS的核心思想是,如果被请求的共享资源空闲(state==0),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,那么就将暂时获取不到锁的线程加入到CLH队列中,进行线程阻塞,并等待唤醒。


  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。
  线程的阻塞、唤醒利用的是LockSupport的park、unpark方法。

  说的再白点就是,AQS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实现的具体方式如下:

技术图片
如图示,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。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底层是用来模板方法模式: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。
以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。

我们自己实现个不可重入的Lock实例,上代码:

public class NonReentrantLock implements Lock, Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 3642178150160509120L;

    private Sync sync;

    public NonReentrantLock() {
        this.sync = new Sync();
    }

    private class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
        private static final long serialVersionUID = 5297723527637891456L;

        @Override
        protected boolean tryAcquire(int arg) {
            if (compareAndSetState(0, arg)) {
                setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
                return true;
            } else if (isHeldExclusively()) {
                throw new UnsupportedOperationException("该锁不支持重入!");
            }
            return false;
        }

        @Override
        protected boolean tryRelease(int arg) {
            return compareAndSetState(arg, 0);
        }

        @Override
        protected boolean isHeldExclusively() {
            return getExclusiveOwnerThread() == Thread.currentThread();
        }

        private Condition newCondition() {
            return new ConditionObject();
        }
    }

    @Override
    public void lock() {
        sync.acquire(1);
    }

    @Override
    public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {
        sync.acquireInterruptibly(1);
    }

    @Override
    public boolean tryLock() {
        return sync.tryAcquire(1);
    }

    @Override
    public boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
        return sync.tryAcquireNanos(1, unit.toNanos(time));
    }

    @Override
    public void unlock() {
        sync.release(1);
    }

    @Override
    public Condition newCondition() {
        return sync.newCondition();
    }

}

总结:AQS为Lock的实现提供了底层基础,并通过模板方法模式解决了复杂的线程入队阻塞、唤醒的操作,实现者只需要根据自己的特定需求重写某些方法即可 

JUC之AQS

标签:water   解决   unp   ati   之间   概念   关联   shared   设置   

原文地址:https://www.cnblogs.com/zzw-blog/p/12851580.html

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