AQS 的原理是什么?
AQS 核心思想是,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,并且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,这个机制 AQS 是用 CLH 队列锁 实现的,即将暂时获取不到锁的线程加入到队列中。
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,仅存在结点之间的关联关系)。AQS 是将每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。在 CLH 同步队列中,一个节点表示一个线程,它保存着线程的引用(thread)、 当前节点在队列中的状态(waitStatus)、前驱节点(prev)、后继节点(next)。
CLH 队列结构如下图所示:
AQS(AbstractQueuedSynchronizer
)的核心原理图
AQS 使用 int 成员变量 state
表示同步状态,通过内置的 线程等待队列 来完成获取资源线程的排队工作。
state
变量由 volatile
修饰,用于展示当前临界资源的获锁情况。
// 共享变量,使用volatile修饰保证线程可见性 private volatile int state;
另外,状态信息 state
可以通过 protected
类型的getState()
、setState()
和compareAndSetState()
进行操作。并且,这几个方法都是 final
修饰的,在子类中无法被重写。
//返回同步状态的当前值 protected final int getState() { return state; } // 设置同步状态的值 protected final void setState(int newState) { state = newState; } //原子地(CAS操作)将同步状态值设置为给定值update如果当前同步状态的值等于expect(期望值) protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) { return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update); }
以 ReentrantLock
为例,state
初始值为 0,表示未锁定状态。A 线程 lock()
时,会调用 tryAcquire()
独占该锁并将 state+1
。此后,其他线程再 tryAcquire()
时就会失败,直到 A 线程 unlock()
到 state=
0(即释放锁)为止,其它线程才有机会获取该锁。当然,释放锁之前,A 线程自己是可以重复获取此锁的(state
会累加),这就是可重入的概念。但要注意,获取多少次就要释放多少次,这样才能保证 state 是能回到零态的。
再以 CountDownLatch
以例,任务分为 N 个子线程去执行,state
也初始化为 N(注意 N 要与线程个数一致)。这 N 个子线程是并行执行的,每个子线程执行完后countDown()
一次,state 会 CAS(Compare and Swap) 减 1。等到所有子线程都执行完后(即 state=0
),会 unpark()
主调用线程,然后主调用线程就会从 await()
函数返回,继续后余动作。