Java——AQS詳解

1. 概述

AQS：

• 抽象的隊列式同步器Abstract Quened Synchronizer，是除了java自帶的synchronized關鍵字之外的鎖機制。
• 簡單點說：AQS就是基于CLH隊列，用volatile修飾共享變量state，線程通過CAS去改變狀态符，成功則擷取鎖成功，失敗則進入等待隊列，等待被喚醒。

原理：

• 如果被請求的共享資源空閑，則将目前請求資源的線程設定為有效的工作線程，并将共享資源設定為鎖定狀态
• 如果被請求的共享資源被占用，那麼就需要一套線程阻塞等待以及被喚醒時鎖配置設定的機制，這個機制AQS是用CLH隊列鎖實作的，即将暫時擷取不到鎖的線程加入到隊列中。

CLH隊列：

• 一個虛拟的雙向隊列，虛拟的雙向隊列即不存在隊列執行個體，僅存在節點之間的關聯關系。
• AQS是将每一條請求共享資源的線程封裝成一個CLH鎖隊列的一個結點（Node），來實作鎖的配置設定。

維護了一個volatile int state（代表共享資源）和一個FIFO線程等待隊列（多線程争用資源被阻塞時會進入此隊列）

AQS定義兩種資源共享方式：

• Exclusive（獨占，隻有一個線程能執行，如ReentrantLock）
• Share（共享，多個線程可同時執行，如Semaphore/CountDownLatch）

不同的自定義同步器争用共享資源的方式也不同。自定義同步器在實作時隻需要實作共享資源state的擷取與釋放方式即可，至于具體線程等待隊列的維護（如擷取資源失敗入隊/喚醒出隊等），AQS已經在頂層實作好了。自定義同步器實作時主要實作以下幾種方法：

• isHeldExclusively()：該線程是否正在獨占資源。隻有用到condition才需要去實作它。
• tryAcquire(int)：獨占方式。嘗試擷取資源，成功則傳回true，失敗則傳回false。
• tryRelease(int)：獨占方式。嘗試釋放資源，成功則傳回true，失敗則傳回false。
• tryAcquireShared(int)：共享方式。嘗試擷取資源。負數表示失敗；0表示成功，但沒有剩餘可用資源；正數表示成功，且有剩餘資源。
• tryReleaseShared(int)：共享方式。嘗試釋放資源，如果釋放後允許喚醒後續等待結點傳回true，否則傳回false。

以ReentrantLock為例，state初始化為0，表示未鎖定狀态。A線程lock()時，會調用tryAcquire()獨占該鎖并将state+1。此後，其他線程再tryAcquire()時就會失敗，直到A線程unlock()到state=0（即釋放鎖）為止，其它線程才有機會擷取該鎖。當然，釋放鎖之前，A線程自己是可以重複擷取此鎖的（state會累加），這就是可重入的概念。但要注意，擷取多少次就要釋放多麼次，這樣才能保證state是能回到零态的。

　

再以CountDownLatch以例，任務分為N個子線程去執行，state也初始化為N（注意N要與線程個數一緻）。這N個子線程是并行執行的，每個子線程執行完後countDown()一次，state會CAS減1。等到所有子線程都執行完後(即state=0)，會unpark()主調用線程，然後主調用線程就會從await()函數傳回，繼續後餘動作。

一般來說，自定義同步器要麼是獨占方法，要麼是共享方式，他們也隻需實作tryAcquire-tryRelease、tryAcquireShared-tryReleaseShared中的一種即可。但AQS也支援自定義同步器同時實作獨占和共享兩種方式，如ReentrantReadWriteLock。