【死磕Java并發】-----J.U.C之AQS：AQS簡介

2019-11-06 06:59:00

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java的內置鎖一直都是備受爭議的，在JDK 1.6之前，synchronized這個重量級鎖其性能一直都是較為低下，雖然在1.6后，進行大量的鎖優化策略（【死磕Java并發】—–深入分析synchronized的實現原理）,但是與Lock相比synchronized還是存在一些缺陷的：雖然synchronized提供了便捷性的隱式獲取鎖釋放鎖機制（基于JVM機制），但是它卻缺少了獲取鎖與釋放鎖的可操作性，可中斷、超時獲取鎖，且它為獨占式在高并發場景下性能大打折扣。

在介紹Lock之前，我們需要先熟悉一個非常重要的組件，掌握了該組件JUC包下面很多問題都不在是問題了。該組件就是AQS。

AQS，AbstractQueuedSynchronizer，即隊列同步器。它是構建鎖或者其他同步組件的基礎框架（如ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock、Semaphore等），JUC并發包的作者（Doug Lea）期望它能夠成為實現大部分同步需求的基礎。它是JUC并發包中的核心基礎組件。

AQS解決了子啊實現同步器時涉及當的大量細節問題，例如獲取同步狀態、FIFO同步隊列?；贏QS來構建同步器可以帶來很多好處。它不僅能夠極大地減少實現工作，而且也不必處理在多個位置上發生的競爭問題。

在基于AQS構建的同步器中，只能在一個時刻發生阻塞，從而降低上下文切換的開銷，提高了吞吐量。同時在設計AQS時充分考慮了可伸縮行，因此J.U.C中所有基于AQS構建的同步器均可以獲得這個優勢。

AQS的主要使用方式是繼承，子類通過繼承同步器并實現它的抽象方法來管理同步狀態。

AQS使用一個int類型的成員變量state來表示同步狀態，當state>0時表示已經獲取了鎖，當state = 0時表示釋放了鎖。它提供了三個方法（getState()、setState(int newState)、compareAndSetState(int expect,int update)）來對同步狀態state進行操作，當然AQS可以確保對state的操作是安全的。

AQS通過內置的FIFO同步隊列來完成資源獲取線程的排隊工作，如果當前線程獲取同步狀態失?。ㄦi）時，AQS則會將當前線程以及等待狀態等信息構造成一個節點（Node）并將其加入同步隊列，同時會阻塞當前線程，當同步狀態釋放時，則會把節點中的線程喚醒，使其再次嘗試獲取同步狀態。

AQS主要提供了如下一些方法：

getState()：返回同步狀態的當前值；setState(int newState)：設置當前同步狀態；compareAndSetState(int expect, int update)：使用CAS設置當前狀態，該方法能夠保證狀態設置的原子性；tryAcquire(int arg)：獨占式獲取同步狀態，獲取同步狀態成功后，其他線程需要等待該線程釋放同步狀態才能獲取同步狀態；tryRelease(int arg)：獨占式釋放同步狀態；tryAcquireShared(int arg)：共享式獲取同步狀態，返回值大于等于0則表示獲取成功，否則獲取失?。籺ryReleaseShared(int arg)：共享式釋放同步狀態；isHeldExclusively()：當前同步器是否在獨占式模式下被線程占用，一般該方法表示是否被當前線程所獨占；acquire(int arg)：獨占式獲取同步狀態，如果當前線程獲取同步狀態成功，則由該方法返回，否則，將會進入同步隊列等待，該方法將會調用可重寫的tryAcquire(int arg)方法；acquireInterruptibly(int arg)：與acquire(int arg)相同，但是該方法響應中斷，當前線程為獲取到同步狀態而進入到同步隊列中，如果當前線程被中斷，則該方法會拋出InterruptedException異常并返回；tryAcquireNanos(int arg,long nanos)：超時獲取同步狀態，如果當前線程在nanos時間內沒有獲取到同步狀態，那么將會返回false，已經獲取則返回true；acquireShared(int arg)：共享式獲取同步狀態，如果當前線程未獲取到同步狀態，將會進入同步隊列等待，與獨占式的主要區別是在同一時刻可以有多個線程獲取到同步狀態；acquireSharedInterruptibly(int arg)：共享式獲取同步狀態，響應中斷；tryAcquireSharedNanos(int arg, long nanosTimeout)：共享式獲取同步狀態，增加超時限制；release(int arg)：獨占式釋放同步狀態，該方法會在釋放同步狀態之后，將同步隊列中第一個節點包含的線程喚醒；releaseShared(int arg)：共享式釋放同步狀態；

后面LZ將會就CLH隊列，同步狀態的獲取、釋放做詳細介紹