Java多线程--AQS的原理

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简介

本文介绍Java中的AQS的原理。

Java的AQS是JDK自带的锁机制,是JUC(java.util.concurrent)的基础,很多并发类都是基于它实现的,例如:ReentrantLock、CountDownLatch、Semaphore、ReadWriteLock,CyclicBarrier。

概述

名词含义

AQS:全名为AbstractQuenedSynchronizer,是抽象的队列式同步器。AQS是除了synchronized关键字之外的锁机制,全限定类名为:java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.java

AQS的原理

AQS原理:基于CLH队列,用volatile修饰共享变量state,线程通过CAS去改变状态,成功则获取锁成功,失败则进入等待队列,等待被唤醒。

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。

AQS用CLH队列锁实现,将暂时获取不到锁的线程加入到队列中:

  • 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)。

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,直到获取成功。

AQS实现的具体方式

如图所示,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,其访问方式有三种:getState(); setState(); compareAndSetState()。

上边是文章的部分内容,为便于维护,全文已迁移到此网址:Java-AQS的原理 - 自学精灵

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AQS(AbstractQueuedSynchronizer)是Java中实现同步器的框架,它提供了一种基于FIFO队列的阻塞和唤醒机制。AQS的阻塞队列原理是通过CLH(Craig, Landin, and Hagersten)队列来实现的。 CLH队列是一种虚拟的双向链表,它仅存在节点之间的关联关系,而不存在队列的实例。每个请求共享资源的线程都会被封装成一个CLH队列的节点(Node)。当线程请求共享资源时,它会被添加到CLH队列的尾部,并进入阻塞状态。 当共享资源被占用时,其他线程请求该资源的线程会被放入CLH队列的末尾,即排队等待。这种排队等待的方式可以保证请求资源的线程按照FIFO的顺序获得资源,避免了饥饿现象。当资源释放后,AQS会自动唤醒队列中的下一个线程,使其获得资源并继续执行。 需要注意的是,AQS的同步队列(Sync queue)是一个双向链表,包括头节点(head)和尾节点(tail),用于后续的调度。而条件队列(Condition queue)是一个单向链表,只有在使用Condition时才会存在,并且可能会有多个条件队列。 总结一下,AQS实现阻塞队列的原理是通过CLH队列来实现的,当共享资源被占用时,请求资源的线程会被添加到CLH队列中排队等待。当资源释放后,AQS会自动唤醒队列中的下一个线程,使其获得资源并继续执行。同步队列用于后续的调度,而条件队列只在使用Condition时才会存在。

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