java多线程(十二)

AQS(抽象的队列同步器)

  AbstractQueuedSynchronizer类如其名,抽象的队列式的同步器,AQS定义了一套多线程访问共享资源的同步器框架,许多同步类实现都依赖于它,如常用的ReentrantLock/Semaphore/CountDownLatch。
  它维护了一个volatile int state(代表共享资源)和一个FIFO线程等待队列(多线程争用资源被阻塞时会进入此队列)。
  state的访问方式有三种:getState(),setState(),compareAndSetState()。

AQS 定义两种资源共享方式

  1. Exclusive独占资源-ReentrantLock
    Exclusive(独占,只有一个线程能执行,如ReentrantLock)
  2. Share共享资源-Semaphore/CountDownLatch
    Share(共享,多个线程可同时执行,如Semaphore/CountDownLatch)。

  AQS只是一个框架,具体资源的获取/释放方式交由自定义同步器去实现,AQS这里只定义了一个接口,具体资源的获取交由自定义同步器去实现了(通过state的 get/set/CAS)之所以没有定义成abstract ,是因为独占模式下只用实现tryAcquire-tryRelease ,而共享模式下只用实现tryAcquireShared-tryReleaseShared。如果都定义成abstract,那么每个模式也要去实现另一模式下的接口。不同的自定义同步器争用共享资源的方式也不同。自定义同步器在实现时只需要实现共享资源state的获取与释放方式即可,至于具体线程等待队列的维护(如获取资源失败入队/唤醒出队等),AQS已经在顶层实现好了。
  自定义同步器实现时主要实现以下几种方法:

  1. isHeldExclusively():该线程是否正在独占资源。只有用到condition才需要去实现它。
  2. tryAcquire(int):独占方式。尝试获取资源,成功则返回true,失败则返回false。
  3. tryRelease(int):独占方式。尝试释放资源,成功则返回true,失败则返回false。
  4. tryAcquireShared(int):共享方式。尝试获取资源。负数表示失败;0表示成功,但没有剩余可用资源;正数表示成功,且有剩余资源。
  5. tryReleaseShared(int):共享方式。尝试释放资源,如果释放后允许唤醒后续等待结点返回true,否则返回false。

同步器的实现是 ABS 核心(state 资源状态计数)

  同步器的实现是ABS核心,以ReentrantLock为例,state初始化为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么次,这样才能保证state是能回到零态的。
  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。

ReentrantReadWriteLock实现独占和共享两种方式

  一般来说,自定义同步器要么是独占方法,要么是共享方式,他们也只需实现tryAcquiretryRelease、tryAcquireShared-tryReleaseShared中的一种即可。但AQS也支持自定义同步器同时实现独占和共享两种方式,如 ReentrantReadWriteLock。