AQS

文章目录

AQS
AQS的设计和结构
AQS的设计思想
AQS的核心方法
AQS如何实现线程的阻塞和唤醒？
AQS在哪些Java并发工具中被应用？
自定义同步器时如何使用AQS？
AQS与ReentrantLock的关系是什么
AQS在并发编程中的优势是什么？

AQS（AbstractQueuedSynchronizer）是Java中用于实现同步器（synchronizer）的抽象基类。它提供了一种基于FIFO等待队列的机制，可以用来构建各种同步器，如ReentrantLock、Semaphore、CountDownLatch等。

AQS的核心思想是：使用一个int类型的状态（state）来表示同步状态，通过内置的FIFO等待队列来管理等待线程，并提供了一些基本的方法供子类实现同步器的逻辑，如获取锁、释放锁等。

AQS主要包含两种同步器模式：

独占模式（Exclusive mode）：只允许一个线程获取同步状态，如ReentrantLock就是基于独占模式实现的。
共享模式（Shared mode）：允许多个线程同时获取同步状态，如Semaphore就是基于共享模式实现的。

AQS的核心方法包括：

acquire(int arg) ：尝试获取同步状态，如果失败则进入等待队列。
release(int arg) ：释放同步状态，并唤醒等待队列中的线程。
tryAcquire(int arg) ：尝试获取同步状态，成功返回true，失败返回false。
tryRelease(int arg) ：尝试释放同步状态，成功返回true，失败返回false。

通过继承AQS类并实现相应的方法，可以构建自定义的同步器。AQS提供了强大的基础设施，使得开发者可以更轻松地构建高效且灵活的同步组件。

AQS的设计和结构

AQS（AbstractQueuedSynchronizer）是Java中用于构建同步器的抽象基类，它提供了一种基于FIFO等待队列的机制，用于构建各种同步器，如ReentrantLock、Semaphore等。AQS的设计和结构主要包括以下几个关键点：

State（状态）：
- AQS中的同步状态（state）是一个int类型的变量，用于表示同步器的状态。不同的同步器可以根据自身需求使用state来表示不同的含义，比如表示锁的占用状态、信号量的可用许可数等。
Node（节点）：
- AQS中使用Node来构建等待队列，每个等待在同步器上的线程都会被封装成一个Node节点，然后加入到等待队列中。Node包含了线程本身以及一些状态信息，用于管理线程的等待和唤醒。
CLH队列：
- AQS中的等待队列采用CLH（Craig, Landin, and Hagersten）队列的变种实现，即使用双向链表构成的队列结构。这种队列结构能够高效地支持线程的等待和唤醒操作。
acquire和release方法：
- AQS提供了acquire和release方法来实现同步器的获取和释放操作。这些方法是抽象的，需要子类根据具体同步器的需求进行实现。acquire方法用于获取同步状态，如果获取失败则会进入等待队列；release方法用于释放同步状态，并唤醒等待队列中的线程。
tryAcquire和tryRelease方法：
- AQS还提供了tryAcquire和tryRelease方法，用于尝试获取和释放同步状态，成功返回true，失败返回false。这些方法通常用于实现非阻塞式的获取和释放操作。

AQS的设计思想

AQS（AbstractQueuedSynchronizer）的设计思想主要包括以下几个方面：

基于状态的同步器设计：AQS是基于状态的同步器设计，通过内部维护的状态来实现线程的同步和协作。AQS通过状态来表示资源的可用性，线程需要获取特定状态才能执行操作，从而实现线程之间的同步。
等待队列机制：AQS使用基于FIFO等待队列的机制来管理等待线程。当一个线程无法获得所需的资源时，它会被阻塞并加入到等待队列中，等待资源释放后被唤醒。
CLH队列：AQS中使用的等待队列是基于CLH（Craig, Landin, and Hagersten）锁队列算法实现的。CLH队列是一种高效的自旋锁队列，能够有效地管理等待线程，减少线程之间的竞争。
共享和独占模式：AQS支持两种同步模式，即独占模式和共享模式。独占模式用于实现互斥锁，只允许一个线程独占资源；共享模式用于实现读写锁等场景，允许多个线程共享资源。
可重写的模板方法：AQS提供了一组可重写的模板方法，如 tryAcquire() 、 tryRelease() 等，允许开发者根据具体需求来实现自定义的同步器。

AQS的核心方法

AQS（AbstractQueuedSynchronizer）的核心方法包括：

acquire(int arg)：该方法用于获取资源，如果获取失败则会进入阻塞状态，直到获取到资源为止。具体的获取逻辑由具体的同步器实现。
release(int arg)：该方法用于释放资源，并唤醒等待队列中的线程来竞争资源。释放资源后，通常需要检查是否有等待线程需要被唤醒。
tryAcquire(int arg)：尝试获取资源，如果成功返回true，失败返回false。该方法通常用于实现非阻塞的资源获取逻辑。
tryRelease(int arg)：尝试释放资源，通常与tryAcquire方法配对使用。如果成功释放资源返回true，失败返回false。
tryAcquireShared(int arg)：尝试获取共享资源，用于共享模式下的资源获取。
tryReleaseShared(int arg)：尝试释放共享资源，用于共享模式下的资源释放。

AQS如何实现线程的阻塞和唤醒？

AQS（AbstractQueuedSynchronizer）通过内部维护一个先进先出（FIFO）的等待队列来实现线程的阻塞和唤醒。具体来说，AQS通过以下方式实现线程的阻塞和唤醒：

阻塞线程：
- 当一个线程调用AQS的 acquire() 方法尝试获取资源时，如果获取失败（比如资源已被占用），则该线程会被加入到AQS的等待队列中，并进入阻塞状态。
- AQS会维护一个等待队列，按照FIFO的顺序管理等待线程。
- 在等待队列中的线程会进入阻塞状态，不再消耗CPU资源，等待资源可用时被唤醒。
唤醒线程：
- 当一个线程释放资源时，会调用AQS的 release() 方法，释放资源并唤醒等待队列中的线程。
- AQS会根据一定的策略（通常是FIFO）选择下一个等待线程唤醒。
- 被唤醒的线程会重新尝试获取资源，如果成功获取到资源，则可以继续执行。

AQS在哪些Java并发工具中被应用？

AQS（AbstractQueuedSynchronizer）是Java中用于构建同步器（如锁、信号量等）的基础框架。AQS在Java并发工具中被广泛应用，其中一些主要的工具包括：

ReentrantLock： ReentrantLock 是一个可重入的互斥锁，它使用AQS作为实现基础。 ReentrantLock 通过AQS实现线程的阻塞和唤醒，以及实现锁的获取和释放操作。
CountDownLatch： CountDownLatch 是一个同步工具类，用于实现线程等待其他线程完成操作。 CountDownLatch 内部使用AQS来管理等待线程和计数器的状态。
Semaphore： Semaphore 是一个信号量工具类，用于控制同时访问某个资源的线程数量。 Semaphore 使用AQS来管理信号量和阻塞线程。
CyclicBarrier： CyclicBarrier 是一个同步辅助类，用于实现多个线程之间的同步点。 CyclicBarrier 内部也使用AQS来实现线程的阻塞和唤醒。
ReentrantReadWriteLock： ReentrantReadWriteLock 是一个读写锁，它包含读锁和写锁两种模式。 ReentrantReadWriteLock 使用AQS来实现读锁和写锁的获取和释放。

自定义同步器时如何使用AQS？

在自定义同步器时，您可以通过继承 AbstractQueuedSynchronizer （AQS）类来利用AQS框架提供的基础功能。以下是使用AQS自定义同步器的一般步骤：

定义同步状态：首先，您需要定义一个同步状态（通常是一个整数），用于表示同步器的状态。这个同步状态将被AQS内部用来管理线程的争用和状态转换。
实现 tryAcquire 和 tryRelease 方法：您需要实现 tryAcquire(int arg) 和 tryRelease(int arg) 方法来定义同步器的获取和释放逻辑。这两个方法是AQS中定义同步器行为的核心方法。
实现同步器的具体逻辑：根据您的需求，可以在自定义同步器中实现特定的同步逻辑。例如，您可以实现独占锁、共享锁、信号量等不同类型的同步器。
使用AQS提供的模板方法：AQS还提供了一些模板方法（如 acquire 、 release 、 tryAcquireShared 、 tryReleaseShared 等），您可以在自定义同步器中重写这些方法来定义具体的同步行为。
在自定义同步器中管理线程队列：AQS通过内部的等待队列（ CLH队列 ）来管理等待获取同步状态的线程。您可以使用AQS提供的方法来管理线程队列，如 enq 、 deq 等。
提供公共方法：最后，您可以根据需要提供一些公共方法来操作自定义同步器，如获取锁、释放锁等。

AQS与ReentrantLock的关系是什么

AQS（AbstractQueuedSynchronizer）是一个用于构建锁和同步器的框架，它提供了一种基于FIFO等待队列的同步器实现方式。而 ReentrantLock 是Java中的一个可重入锁实现，它实际上是基于AQS框架实现的。

具体来说， ReentrantLock 类内部使用AQS框架来管理同步状态和线程的争用，实现了可重入锁的功能。 ReentrantLock 通过AQS提供的 tryAcquire 和 tryRelease 等方法来实现获取锁和释放锁的逻辑。同时， ReentrantLock 也利用AQS提供的等待队列来管理等待获取锁的线程，实现了公平性和非公平性两种获取锁的策略。

AQS与 ReentrantLock 之间的关系是 ReentrantLock 是基于AQS框架实现的可重入锁。通过AQS框架， ReentrantLock 实现了灵活的锁控制机制，提供了可重入性、公平性和非公平性等特性，使得开发者可以方便地使用 ReentrantLock 来管理多线程并发访问。

AQS在并发编程中的优势是什么？

AQS（AbstractQueuedSynchronizer）在并发编程中具有以下优势：

灵活性：AQS提供了一种灵活的框架，可以用于构建各种类型的同步器，如锁、信号量、倒计时器等。开发者可以基于AQS框架实现自定义的同步器，满足不同的并发控制需求。
可扩展性：AQS框架是可扩展的，允许开发者通过扩展AQS提供的抽象方法来实现自定义的同步器。这种扩展性使得AQS适用于各种不同的并发场景。
高性能：AQS基于FIFO等待队列的机制实现了高效的线程等待与唤醒机制。通过等待队列的管理，AQS可以有效地管理并发线程的争用情况，提高系统的并发性能。
公平性：AQS支持公平性和非公平性两种获取锁的策略。通过AQS提供的机制，可以实现公平的锁获取，确保等待时间最长的线程首先获得锁，避免线程饥饿问题。
可重入性：AQS框架支持可重入锁的实现。通过AQS提供的状态记录和线程控制机制，可以实现线程在持有锁的情况下多次获取同一个锁，避免死锁情况。
多样性：AQS框架提供了多种同步器的实现，如 ReentrantLock 、 Semaphore 等，可以满足不同场景下的并发控制需求。开发者可以根据具体需求选择合适的同步器来实现并发编程。