AQS(抽象队列同步器)源码初窥

本质

java锁的实现原理就是继承AQS抽象类
java锁继承Lock接口,

而Lock需要实现的接口依赖AQS的实现。

AQS用来实现具体锁的操作,需要具体锁去重写tryAcquire(获取锁时根据具体场景使用CAS算法尝试修改state状态),tryRelease(释放锁根据具体场景使用CAS算法尝试修改state状态)和isHeldExclusively(用来判断当前锁是被线程独占还是共享)等AQS可支持重写的函数

注意tryAcquire和acquire区别。前者需要用户去根据锁类型自己实现的子类尝试修改state状态。后者是AQS抽象类实现获取锁操作的流程实现。

模板方法设计模式。

子类还需定义其acquire和release时的state的增减代表什么含义。

获取锁释放锁流程

独占锁

线程绑定,获取到了资源后其他线程尝试操作state会获取失败后阻塞。

  • 例如:重入锁

当一个线程获取重入锁后,AQS内部会把state用CAS将其从0改成1,且设置当前线程位锁的持有者。

当该线程再次获取这把锁时,state从1改为2,即可重入次数。

而当另一个线程获取时就会被放入ASQ阻塞队列。(注意和condition里await后的条件队列做区别。)

  • acquire实现(待续)

  • release实现(待续)

共享锁

和具体线程不相关。

多个线程去请求资源时通过CAS方式竞争获取资源,而一个线程获取资源后,另一个线程在此获取时如果当前资源能满足它的需要就直接CAS获取。

  • 例如:Semaphore(信号量)

一个线程通过acquire方法获取信号量时,看当前信号量是否满足需要,

是就通过CAS获取信号量。
否就放入阻塞队列

  • 例如:读写锁

检查是否被其他线程占有,如果空闲使用CAS递增高16位(获取读锁的次数)

  • acquire实现(待续)

  • release实现(待续)

类图

关键组件和字段

AQS(FIFO双向队列)

  • head指针

  • tail指针

  • waitStatus记录当前线程等待状态

  • prev指针

  • next指针

  • state

维持了单一的状态,可以通过comareAbdSetState修改其值

线程同步的关键是对state进行操作(acquire,release等)

重入锁的state:标识当前线程获取锁的可重入次数

读写锁的state:其高16位是获取读锁的次数,低16位是写锁的可重入次数

CountDownlatch:计数器当前值

等 ...

Node

进入阻塞时(进入AQS队列)的线程的包装类。

其内部维护了几个标记:
1.是否时获取共享资源而进入AQS队列
2.是否是获取独占资源...

Condition(条件变量)

每个Condition对应一个条件队列(单向链表),用来存await后被阻塞的线程。

notify和wait是synchronized内置锁实现线程同步的原语。

而Condition的signal和await方法就是配合基于AQS实现的锁实现线程同步的原语。

两者不同点在于,synchronized只同时支持一个共享变量的notify和wait。

AQS可以支持多个condition。。

同样的,也有signalAll方法。

导图链接:

http://naotu.baidu.com/file/d60acad54746a9b7b3c918bf6be36b7f?token=ce79d14db33d3d35

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