AQS

• AbstractQueuedSynchronizer （AQS）抽象的隊(duì)列式的同步器，AQS定義了一套多線程訪問共享資源的同步器框架，許多同步類實(shí)現(xiàn)都依賴于它，比如ReentrantLock/Semaphore/CountDownLatch
• 它維護(hù)了一個(gè)volatile int state（代表共享資源）和一個(gè)FIFO線程等待隊(duì)列（多線程爭(zhēng)用資源被阻塞時(shí)會(huì)進(jìn)入此隊(duì)列）。這里volatile是核心關(guān)鍵詞，具體volatile的語義
• state的訪問方式有三種: getState() 、setState() 、compareAndSetState()
• AQS定義兩種資源共享方式：Exclusive（獨(dú)占，只有一個(gè)線程能執(zhí)行，如ReentrantLock）和Share （共享，多個(gè)線程可同時(shí)執(zhí)行,例如Semaphore/CountDownLatch）不同的自定義同步器爭(zhēng)用共享資源的方式也不同
• 線程搶占同一份資源，只有被標(biāo)桿節(jié)點(diǎn)選中的才可以訪問資源，其余的進(jìn)入排隊(duì)隊(duì)列，如果是公平鎖，則按照先后順序進(jìn)行對(duì)于資源的訪問；如果是非公平鎖，則當(dāng)標(biāo)桿節(jié)點(diǎn)釋放完之后，大家開始搶占資源，誰搶到算誰的，沒有先來后到之分

自定義的同步容器

• 自定義同步器在實(shí)現(xiàn)時(shí)只需要實(shí)現(xiàn)共享資源state的獲取與釋放方式即可，至于具體線程等待隊(duì)列的維護(hù)（如獲取資源失敗入隊(duì)/喚醒出隊(duì)等），AQS已經(jīng)在底層實(shí)現(xiàn)好了

主要實(shí)現(xiàn)以下幾種方法

• isHeldExclusively()：該線程是否正在獨(dú)占資源。只有用到condition才需要去實(shí)現(xiàn)它
• tryAcquire(int)：獨(dú)占方式。嘗試獲取資源，成功則返回true，失敗則返回false?
• tryRelease(int)：獨(dú)占方式。嘗試釋放資源，成功則返回true，失敗則返回false
• tryAcquireShared(int)：共享方式。嘗試獲取資源。負(fù)數(shù)表示失敗；0表示成功，但沒有剩余可用資源；正數(shù)表示成功，且有剩余資源
• tryReleaseShared(int)：共享方式。嘗試釋放資源，成功則返回true，失敗則返回false

例子

• 以ReentrantLock為例，state初始化為0，表示未鎖定狀態(tài)。A線程lock()時(shí)，會(huì)調(diào)用tryAcquire()獨(dú)占該鎖并將state+1。此后，其他線程再tryAcquire()時(shí)就會(huì)失敗，直到A線程unlock()到state=0（即釋放鎖）為止，其它線程才有機(jī)會(huì)獲取該鎖。當(dāng)然，釋放鎖之前，A線程自己是可以重復(fù)獲取此鎖的（state會(huì)累加），這就是可重入的概念。但要注意，獲取多少次就要釋放多么次，這樣才能保證state是能回到零態(tài)的
• 重入鎖，在需要進(jìn)行同步的代碼部分加上鎖定，但不要忘記最后一定要釋放鎖定，不然會(huì)造成鎖永遠(yuǎn)無法釋放，其他線程永遠(yuǎn)進(jìn)不來的結(jié)果
• t2搶占線程，只有等t2線程結(jié)束，線程t1才有資格搶占資源

package com.example.core.aqs;import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;public class UseReentrantLock {private ReentrantLock reentrantLock = new ReentrantLock();public void method(){reentrantLock.lock();try{System.out.println("當(dāng)前線程："+Thread.currentThread().getName()+"進(jìn)入...");Thread.sleep(2000);System.out.println("當(dāng)前線程："+Thread.currentThread().getName()+"退出...");}catch(InterruptedException e){e.printStackTrace();}finally {reentrantLock.unlock();}}public static void main(String[] args) {UseReentrantLock useLock = new UseReentrantLock();Thread t1 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {useLock.method();}},"t1");Thread t2 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {useLock.method();}},"t2");t1.start();t2.start();} } /* output: 當(dāng)前線程：t2進(jìn)入... 當(dāng)前線程：t2退出... 當(dāng)前線程：t1進(jìn)入... 當(dāng)前線程：t1退出...*/

公平鎖和非公平鎖

• Lock lock = new ReentrantLock(boolean isFair);

lock用法

• tryLock():嘗試獲得鎖，獲得結(jié)果用true/false返回
• tryLock():在給定的時(shí)間內(nèi)嘗試獲得鎖，獲得結(jié)果用true/false返回
• isFair()：是否是公平鎖
• isLocked():是否鎖定
• getHoldCount(): 查詢當(dāng)前線程保持此鎖的個(gè)數(shù)，也就是調(diào)用lock()次數(shù)
• lockInterruptibly():優(yōu)先響應(yīng)中斷的鎖
• getQueueLength():返回正在等待獲取此鎖定的線程數(shù)
• getWaitQueueLength():返回等待與鎖定相關(guān)的給定條件Condition的線程數(shù)
• hasQueuedThread(Thread thread): 查詢指定的線程是否正在等待此鎖
• hasQueuedThreads():查詢是否有線程正在等待此鎖
• hasWaiters():查詢是否有線程正在等待與此鎖定有關(guān)的condition條件
• 再以CountDownLatch以例，任務(wù)分為N個(gè)子線程去執(zhí)行，state也初始化為N（注意N要與線程個(gè)數(shù)一致）。這N個(gè)子線程是并行執(zhí)行的，每個(gè)子線程執(zhí)行完后countDown()一次，state會(huì)CAS減1。等到所有子線程都執(zhí)行完后(即state=0)，會(huì)unpark()調(diào)用線程，然后主調(diào)用線程就會(huì)從await()函數(shù)返回，繼續(xù)后余動(dòng)作

AQS Condition

• 使用synchronized的時(shí)候，如果需要多線程間進(jìn)行協(xié)作工作則需要Object的wait()和notify()、notifyAll()方法進(jìn)行配合工作
• 那么同樣，我們?cè)谑褂肔ock的時(shí)候，可以使用一個(gè)新的等待/通知的類，它就是Condition。這個(gè)Condition一定是針對(duì)具體某一把鎖的。也就是在只有鎖的基礎(chǔ)之上才會(huì)產(chǎn)生Condition
• 我們可以通過一個(gè)Lock對(duì)象產(chǎn)生多個(gè)Condition進(jìn)行多線程間的交互，非常的靈活。可以使得部分需要喚醒的線程喚醒，其他線程則繼續(xù)等待通知

使用一個(gè)條件

• t1線程先執(zhí)行，進(jìn)入等待的時(shí)候，釋放鎖，t2才可以得以執(zhí)行，t2線程開始執(zhí)行，對(duì)于t1線程發(fā)出喚醒通知，t1得以繼續(xù)執(zhí)行，最后釋放鎖

package com.example.core.aqs;import java.util.concurrent.locks.Condition; import java.util.concurrent.locks.Lock; import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;public class UseCondition {//現(xiàn)在有一把鎖private Lock lock = new ReentrantLock(); //synchronized wait ---- notify//基于這把鎖產(chǎn)生了一個(gè) condition: 作用是對(duì)于這把鎖的 喚醒 和 等待操作private Condition condition = lock.newCondition();public void method1(){lock.lock();try {System.out.println("當(dāng)前線程：" + Thread.currentThread().getName() + "進(jìn)入等待狀態(tài)..");Thread.sleep(3000);System.out.println("當(dāng)前線程：" + Thread.currentThread().getName() + "釋放鎖..");condition.await();System.out.println("當(dāng)前線程：" + Thread.currentThread().getName() +"繼續(xù)執(zhí)行...");} catch (Exception e) {e.printStackTrace();} finally {System.err.println(Thread.currentThread().getName() + " unlock");lock.unlock();}}public void method2(){lock.lock();try {System.out.println("當(dāng)前線程：" + Thread.currentThread().getName() + "進(jìn)入..");Thread.sleep(3000);System.out.println("當(dāng)前線程：" + Thread.currentThread().getName() + "發(fā)出喚醒..");condition.signal();} catch (Exception e) {e.printStackTrace();} finally {lock.unlock();}}public static void main(String[] args) throws Exception {final UseCondition uc = new UseCondition();Thread t1 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {uc.method1();}}, "t1");Thread t2 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {uc.method2();}}, "t2");t1.start();Thread.sleep(1);t2.start();} } /* output 當(dāng)前線程：t1進(jìn)入等待狀態(tài).. 當(dāng)前線程：t1釋放鎖.. 當(dāng)前線程：t2進(jìn)入.. 當(dāng)前線程：t2發(fā)出喚醒.. 當(dāng)前線程：t1繼續(xù)執(zhí)行... t1 unlock*/

使用多個(gè)條件

• 創(chuàng)建兩個(gè)條件，條件c1和c2，c1條件受制于t1和t2線程，由t3線程進(jìn)行喚醒；c2條件受制于t3線程，由t5線程進(jìn)行喚醒

package com.example.core.aqs;import java.util.concurrent.locks.Condition; import java.util.concurrent.locks.Lock; import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;public class UseManyCondition {private Lock lock = new ReentrantLock();private Condition c1 = lock.newCondition();private Condition c2 = lock.newCondition();public void m1(){try {lock.lock();System.out.println("當(dāng)前線程：" +Thread.currentThread().getName() + "進(jìn)入方法m1等待..");c1.await();c1條件 由m4喚醒System.out.println("當(dāng)前線程：" +Thread.currentThread().getName() + "方法m1繼續(xù)..");} catch (Exception e) {e.printStackTrace();} finally {lock.unlock();}}public void m2(){try {lock.lock();System.out.println("當(dāng)前線程：" +Thread.currentThread().getName() + "進(jìn)入方法m2等待..");c1.await();//c1條件 由m4喚醒System.out.println("當(dāng)前線程：" +Thread.currentThread().getName() + "方法m2繼續(xù)..");} catch (Exception e) {e.printStackTrace();} finally {lock.unlock();}}public void m3(){try {lock.lock();System.out.println("當(dāng)前線程：" +Thread.currentThread().getName() + "進(jìn)入方法m3等待..");c2.await();c2條件 由m5喚醒System.out.println("當(dāng)前線程：" +Thread.currentThread().getName() + "方法m3繼續(xù)..");} catch (Exception e) {e.printStackTrace();} finally {lock.unlock();}}public void m4(){try {lock.lock();System.out.println("當(dāng)前線程：" +Thread.currentThread().getName() + "喚醒..");c1.signalAll();} catch (Exception e) {e.printStackTrace();} finally {lock.unlock();}}public void m5(){try {lock.lock();System.out.println("當(dāng)前線程：" +Thread.currentThread().getName() + "喚醒..");c2.signalAll();} catch (Exception e) {e.printStackTrace();} finally {lock.unlock();}}public static void main(String[] args) {final UseManyCondition umc = new UseManyCondition();Thread t1 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {umc.m1();}},"t1");Thread t2 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {umc.m2();}},"t2");Thread t3 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {umc.m3();}},"t3");Thread t4 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {umc.m4();}},"t4");Thread t5 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {umc.m5();}},"t5");t1.start();t2.start();t3.start();try {Thread.sleep(2000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}t4.start();try {Thread.sleep(2000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}t5.start();} } /* output 當(dāng)前線程：t1進(jìn)入方法m1等待.. 當(dāng)前線程：t3進(jìn)入方法m3等待.. 當(dāng)前線程：t2進(jìn)入方法m2等待.. 當(dāng)前線程：t4喚醒.. 當(dāng)前線程：t1方法m1繼續(xù).. 當(dāng)前線程：t2方法m2繼續(xù).. 當(dāng)前線程：t5喚醒.. 當(dāng)前線程：t3方法m3繼續(xù)..*/

AQS-ReentrantReadWriteLock

• 讀寫鎖ReentrantReadWriteLock，其核心就是實(shí)現(xiàn)讀寫分離的鎖。在高并發(fā)訪問下，尤其是讀多寫少的情況下，性能要遠(yuǎn)高于重入鎖。
• 之前學(xué)synchronized、ReentrantLock時(shí)，我們知道，同一時(shí)間內(nèi)，只能有一個(gè)線程進(jìn)行訪問被鎖定的代碼，那么讀寫鎖則不同，其本質(zhì)是分成兩個(gè)鎖，即讀鎖、寫鎖。在讀鎖下，多個(gè)線程可以并發(fā)的進(jìn)行訪問，但是在寫鎖的時(shí)候，只能一個(gè)一個(gè)的順序訪問
• 口訣：讀讀共享，寫寫互斥，讀寫互斥
• t1和t2都是讀鎖，t3是寫鎖，t1和t2可以并行執(zhí)行，他們與t3之間不可以同時(shí)執(zhí)行。讀讀共享，寫寫互斥，讀寫互斥

package com.example.core.aqs;import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;public class UseReadWriteLock {private ReentrantReadWriteLock rwLock = new ReentrantReadWriteLock();private ReentrantReadWriteLock.ReadLock readLock = rwLock.readLock();private ReentrantReadWriteLock.WriteLock writeLock = rwLock.writeLock();public void read(){readLock.lock();try{System.out.println("當(dāng)前線程 "+ Thread.currentThread().getName()+ " 進(jìn)入了讀方法");Thread.sleep(3000);System.out.println("當(dāng)前線程 "+ Thread.currentThread().getName()+ " 退出了讀方法");}catch (Exception e){e.printStackTrace();}finally{readLock.unlock();}}public void write(){writeLock.lock();try{System.out.println("當(dāng)前線程 "+ Thread.currentThread().getName()+ " 進(jìn)入了寫方法");Thread.sleep(3000);System.out.println("當(dāng)前線程 "+ Thread.currentThread().getName()+ " 退出了寫方法");}catch (Exception e){e.printStackTrace();}finally{writeLock.unlock();}}public static void main(String[] args) {UseReadWriteLock rwLock = new UseReadWriteLock();Thread t1 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {rwLock.read();}},"t1");Thread t2 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {rwLock.read();}},"t2");Thread t3 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {rwLock.write();}},"t3");t1.start();t2.start();t3.start();} } /* output: 當(dāng)前線程 t3 進(jìn)入了寫方法 當(dāng)前線程 t3 退出了寫方法 當(dāng)前線程 t1 進(jìn)入了讀方法 當(dāng)前線程 t2 進(jìn)入了讀方法 當(dāng)前線程 t1 退出了讀方法 當(dāng)前線程 t2 退出了讀方法*/

LockSupport

• 提供park()和unpark()方法實(shí)現(xiàn)阻塞線程和解除線程阻塞,實(shí)現(xiàn)的阻塞和解除阻塞是基于”許可(permit)”作為關(guān)聯(lián),permit相當(dāng)于一個(gè)信號(hào)量(0,1),默認(rèn)是0. 線程之間不再需要一個(gè)Object或者其它變量來存儲(chǔ)狀態(tài),不再需要關(guān)心對(duì)方的狀態(tài)
• LockSupport不需要在同步代碼塊里 。所以線程間也不需要維護(hù)一個(gè)共享的同步對(duì)象了，實(shí)現(xiàn)了線程間的解耦.
• unpark函數(shù)可以先于park調(diào)用，所以不需要擔(dān)心線程間的執(zhí)行的先后順序

package com.example.core.aqs;import java.util.concurrent.locks.LockSupport;public class UseLockSupport {public static void main(String[] args) throws Exception {Thread A = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {int sum = 0;for(int i=0;i<10;i++){sum+=i;}try {Thread.sleep(3000);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}LockSupport.park(); //滯后的System.out.println(sum);}});A.start();//后阻塞:Thread.sleep(1000);LockSupport.unpark(A); //優(yōu)先的} } package com.example.core.aqs;public class UseObjectLock {public static void main(String[] args) throws Exception {Object lock = new Object();Thread A = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {int sum = 0;for(int i=0;i<10;i++){sum+=i;}synchronized (lock) {try {lock.wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}System.out.println(sum);}});A.start();//后阻塞:Thread.sleep(1000);synchronized (lock) {lock.notify();}} }

AQS-鎖優(yōu)化

• 避免死鎖
• 減小鎖的持有時(shí)間?
• 減小鎖的粒度?
• 鎖的分離?
• 盡量使用無鎖的操作，如原子操作（Atomic系列類），volatile關(guān)鍵字

acquire(int)

• 此方法是獨(dú)占模式下線程獲取共享資源的頂層入口。如果獲取到資源，線程直接返回，否則進(jìn)入等待隊(duì)列，直到獲取到資源為止，且整個(gè)過程忽略中斷的影響。這也正是lock()的語義，當(dāng)然不僅僅只限于lock()。獲取到資源后，線程就可以去執(zhí)行其臨界區(qū)代碼了

• tryAcquire()嘗試直接去獲取資源，如果成功則直接返回
• addWaiter()將該線程加入等待隊(duì)列的尾部，并標(biāo)記為獨(dú)占模式
• acquireQueued()使線程在等待隊(duì)列中獲取資源，一直獲取到資源后才返回。如果在整個(gè)等待過程中被中斷過，則返回true，否則返回false
• 如果線程在等待過程中被中斷過，它是不響應(yīng)的。只是獲取資源后才再進(jìn)行自我中斷selfInterrupt()，將中斷補(bǔ)上

?

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Java AQS的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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