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浅谈AQS

news 2025/6/30 15:58:54

1.前言

AQS是AbstractQueuedSynchronizer（抽象同步队列）的简写，它是实现同步器的基础组件，并发包下的锁就是通过AQS实现的。作为开发者可能并不会直接用到AQS，但是知道其原理对于架构设计还是很有帮助的。

那为什么说浅谈呢，因为我也仅仅是根据书加上自己的想法来看AQS。

2.LockSupport工具类

在正式讲解AQS之前，我们需要先了解一下LockSupport类，他的主要作用就是用来阻塞和唤醒线程。

LockSupport类与每个使用它的线程都会关联一个许可证，在默认情况下调用LockSupport类的方法的线程是不持有许可证的。LockSupport是通过Unsafe类实现的。接下来我们介绍一下LockSupport类的主要方法。

park()

前面我们已经说过，LockSupport类与每个使用它的线程都会关联一个许可证，如果调用park方法的线程持有许可证，那么就会立马返回，否则就会被阻塞挂起。

System.out.println("begin park!");
LockSupport.park();
System.out.println("end park!");

上述代码会在输出begin park之后进入阻塞状态。因为默认情况下是不具有许可证的。

只有在其他线程调用unpark(Thread t)方法并且将该线程作为参数，该线程才能返回。如果其他线程调用了该线程的interrupt()方法，设置了中断标志，或者线程被虚假唤醒（parkNanos方法可以指定阻塞一段时间后自己唤醒，所以可能会出现虚假唤醒！），那么该线程也会返回，所以调用park()方法的时候最好使用循环条件判断方式。

不过使用park阻塞的线程被其他线程中断返回时并不会抛出InterruptedException。

park(Object blocker)

public static void park(Object blocker) {// 获取调用线程Thread t = Thread.currentThread();// Thread类中有一个变量parkBlocker，用来存放park方法传递的blocker对象// 设置该线程的blocker变量setBlocker(t, blocker);// 挂起线程UNSAFE.park(false, 0L);// 线程被激活以后清楚blocker变量setBlocker(t, null);
}

当线程在没有持有许可证调用该方法时，会被阻塞挂起，同时blocker对象会被记录到线程内部。

我们可以使用LockSupport.park(this)，这样当程序运行以后，我们使用jstack pid打印线程堆栈可以查看到具体是哪个类被阻塞了。

unpark(Thread thread)

当一个线程调用unpark的时候，如果作为参数的thread没有持有许可证，则会让线程持有。

如果thread之前因为调用park阻塞挂起，则调用unpark后会被唤醒。

如果thread之前还没有调用park，则在调用unpark以后，如果调用park则会立即返回。

3.AQS

初识AQS

请添加图片描述

由类图我们可以知道，AQS是一个FIFO双向队列，通过节点head和tail记录队首队尾元素。

Node

Node节点内部的SHARED用来标记该线程是在获取共享资源时被阻塞挂起放入AQS队列的，EXCLUSIVE用来标识该线程是获取独占资源时被阻塞挂起放入AQS队列的。

在Node节点内部有一个成员变量waitStatus记录当前线程等待状态，可以为CANCELLED（线程被取消了）、SIGNAL（线程需要唤醒）、CONDITION（线程在条件队列里等待）、PROPAGATE（释放资源时需要通知其他节点）。

ConditionObject

ConditionObject和Node一样是AQS的内部类。它用来结合锁实现线程同步，其可以访问AQS的内部变量（state和AQS阻塞队列）。

ConditionObject是条件变量，每个条件变量对应一个条件队列，我们可以看到ConditionObject中有两个指针，分别指向条件队列的队尾和队头。条件队列用来存放调用条件变量的await方法后被阻塞的线程。

state

在AQS中，维护了一个单一变量state，对于不同的实现其有不同的意义：

在ReentrantLock中，state表示重入式锁的可重入次数
在ReentrantReadWriteLock中，state的高16位用于表示读锁的可获取次数，低16位用于表示写锁的可重入次数。（state的类型是int，占用4个字节）

Shared与Interruptibly

方法名中带有Shared的方法表示获取或释放共享资源，如acquireShared(int arg)

方法名中带有Interruptibly表示对中断做出响应，当线程调用了带Interruptibly的方法，如果这时被其他线程中断，那么就会抛出InterruptedException返回。

AQS工作流程

独占方式下

获取资源

首先使用tryAcquire尝试获取资源，获取成功直接返回，失败则将当前线程封装为EXCLUSIVE的节点插入到AQS阻塞队列尾部并使用LockSupport.park(this)挂起自己。

public final void acquire(int arg) {// tryAcquire的具体实现要由子类来完成，AQS中并不提供实现if (!tryAcquire(arg) &&// addWaiter的作用是将当前线程封装为独占类型的节点插入AQS阻塞队列，并且将该节点返回// acquireQueuedacquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))selfInterrupt();
}

释放资源

当一个线程调用 release(int arg) 方法时会尝试使用 tryRelease 操作释放资源，这里是设置状态变量 state 的值，然后调用LockSupport.unpark(thread) 方法激活 AQS 队列里面被阻塞的一个线程 (thread)。被激活的线程则使用tryAcquire尝试，如果条件满足则激活继续向下运行，否则被放入AQS继续阻塞。

public final boolean release(int arg) {if (tryRelease(arg)) {// 释放资源成功则尝试激活线程Node h = head;if (h != null && h.waitStatus != 0)unparkSuccessor(h);return true;}return false;
}

共享方式下

获取资源

线程调用acquireShared(int arg)获取共享资源时，会首先使用tryAcquireShared尝试获取资源（修改state的值），成功直接返回，失败则将当前线程封装为Node.SHARED的Node节点插入到AQS阻塞队列的尾部。

public final void acquireShared(int arg) {if (tryAcquireShared(arg) < 0)doAcquireShared(arg);
}

释放资源

当一个线程调用 releaseShared(int arg) 时会尝试使用 tryReleaseShared 操作释放资源，这里是设置状态变量 state 的值，然后使用 LockSupport.unpark(thread)激活 AQS 队列里面被阻塞的一个线程 (thread)。跟独占模式下的流程差不多。

public final boolean releaseShared(int arg) {if (tryReleaseShared(arg)) {doReleaseShared();return true;}return false;
}

注意

AQS类并没有提供tryAcquire、tryRelease、tryAcquireShare、tryReleaseShare方法，这些方法都需要子类实现。

同时如果你想使用AQS实现一个自己的锁，那你还需要根据情景重写isHeldExclusively方法，用来判断锁是被当前线程共享还是独占。

条件变量

条件变量拥有一个条件队列，条件队列要跟AQS阻塞队列区别开。

当多个线程同时调用lock.lock()方法获取锁时，只有一个线程获取到了锁，其他线程会被转换为 Node 节点插入到 lock 锁对应的 AQS 阻塞队列里面，并做自旋 CAS 尝试获取锁。
如果获取到锁的线程又调用了对应的条件变量的 await() 方法，则该线程会释放获取到的锁，并被转换为 Node 节点插入到条件变量对应的条件队列里面。

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