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03-AQS框架.md

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AbstractQueuedSynchronizer 框架 (AQS)

AQS 框架是用来构建锁或其他同步组件的基础框架，其核心思想为： 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，并且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，AQS 通过 CLH 队列实现了这种机制。 其实现原理为： 使用了一个 int 成员变量表示同步状态，然后通过内置的 FIFO 队列来完场资源获取线程的排队工作 。使用 AQS 能简单高效地构造出大量的同步器，如：

  • ReentrantLock
  • Semaphore
  • CountDownLatch
  • FutureTask
  • ReentrantReadWriteLock

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，仅存在结点之间的关联关系）。AQS 是将每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）实现锁分配的，并且这个队列遵循 FIFO 原则。

AQS 框架的方法

在构建同步器的过程中，我们主要依赖于一下几类操作：

  • 状态更改操作：
    • protected final int getState()
    • protected final void setState(int newState)
    • protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update)
  • 获取和释放操作：
    • 独占式：
      • public final void acquire(int arg)
      • public final boolean release(int arg)
    • 共享式：
      • public final void acquireShared(int arg)
      • public final boolean releaseShared(int arg)
  • try 获取和释放操作： 模板方法，extends AbstractQueuedSynchronizer 时需要按需修改的方法。
    • 独占式：
      • protected boolean tryAcquire(int arg)
      • protected boolean tryRelease(int arg)
    • 共享式：
      • protected int tryAcquireShared(int arg)
      • protected boolean tryReleaseShared(int arg)
  • 判断同步器是否被当前线程独占：
    • protected boolean isHeldExclusively()

AQS 使用方法

  • 在要构建的同步类中加一个私有静态内部类：private class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer

  • 在子类中覆盖 AQS 的 try 前缀等方法，这样 Sync 将在执行获取和释放方法时，调用这些被子类覆盖了的 try 方法来判断某个操作是否能执行（模板方法模式，就是基于继承该类，然后根据需要重写模板方法）

  • 一个 AQS 实现简单闭锁的示例：

     public class OneShotLatch {
     private final Sync sync = new Sync();
 
     public void signal() {
         sync.releaseShared(0);
     }
 
     public void await() throws InterruptedException {
         sync.acquireSharedInterruptibly(0);
     }
 
     private class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
         protected int tryAcquireShared(int ignored) {
             // Succeed if latch is open (state == 1), else fail
             return (getState() == 1) ? 1 : -1;
         }
         protected boolean tryReleaseShared(int ignored) {
             setState(1); // Latch is now open
             return true; // Other threads may now be able to acquire
         }
     }
 }