JUC提供的并发包中,如CountDownLatch、ReentrantLock、Semaphore、和ReentrantReadWriteLock等包中都是直接或间接的继承了AQS,所以AQS也可以称之为JUC的基石
AQS原理解析
在AQS中,有两个重要的变量,分别是标识共享资源加锁情况的变量volatitle int state,一级一个FIFO的线程阻塞队列,称为CLH队列,当多个线程并发访问共享资源时,如果共享资源已经被某个线程加了锁,即state!=0,那么其他线程在访问此共享资源时就会被假如CLH队列中,如图:
AQS也提供了3种访问state的方法:
getState():获取state
setState():设置state
compareAndSetState():使用CAS算法,设置state
AQS加锁的两种的方式:
Exclusive:独占方式,同一时间内只能有一个线程访问资源
Share:共享方式,同一时间内允许多个线程并发访问资源
Exclusive加锁和解锁的方法:
tryAcquire(int arg) :尝试获取资源,如果成功,就会给该资源加arg个锁,同时独占该资源
tryRelease(int arg):尝试释放资源。如果成功,就释放该资源的arg个锁
isHeldExclusively():判断当前线程,是否正在独占共享资源
例如读写锁ReentrantLock的state的初始时为0,当有某个线程调用lock方法时,就会在底层触发tryAcquire(1),把该资源的state修改为1,标识给资源了加了一把锁,这个时候当其他线程再调用lock方法,就会失败并进入阻塞状态,也就是加入到了CLH队列中,只有在调用了unlock,即是tryRelease(1),标识state的值减1,当state=0的时候释放锁,其他线程才能访问该资源。
同时ReentrantLock是可重入锁,即同一个线程可以对某一资源多次加锁。
share共享方式的加锁和解锁
tryAcquireShared(int arg):尝试给该资源加arg个共享锁,并访问该资源,返回值是一个int类型
当返回负数,表示加共享锁失败,当前线程会进入CLH队列等待
当返回0,表示当前线程加共享锁成功,但后续的其他线程无法再加共享锁
当返回正数,表示当前线程加共享锁成功,并且后续其他线程也可以再加共享锁
tryReleaseShared(int arg):尝试释放该资源的个数
例如,CountDownLatch的构造方法CountDownLatch(int count)其实就是将state的初始值设置成count,并交给count个线程去并发执行,于此同时主线程会进入阻塞状态(加入到clh队列),当每个线程执行完调用countDown方法的时候,其实就是调用tryReleaseShared(1),把state减1,当所有的线程都执行完毕,state=0的时候,就唤醒主线程,从而实现了闭锁的功能
所以,在JUC提供的同步类或者自己写的同步类中,如果想要实现独占的方式加锁,就要实现AQS的tryAcquire和tryRelease方法,如果要实现共享的方式加锁就要实现tryAcquireShared和tryReleaseShared,如果两种方式都要就要实现四个方法,如ReentrantReadWriteLock就是实现了独占和共享两种方式,具体可以查看源码
AQS独占方式
AQS就像超市排队,它会检测自己是不是在第二个节点,如果是第二个节点(第一个是有效节点的话)那就进入自旋状态尝试获取资源,如果不是第二个状态,就进入等待状态
如果线程A在访问某个资源的时候,发现该资源加了锁,那么线程A就会加入clh队列,其实调用的就是addWaiter(node)方法,Node是对访问线程进行封装,包含了线程本身、线程在队列中的前驱结点和后继节点
Node的等待状态共有四个:
CANCELLED:失效状态,如果CLH中的线程等待超时或被中断,就需要从CLH队列中取消该NODE节点,并将该node的waitStatus设置为CANCELLED,注意:CANCELLED的值为1 ,也是所有状态中,唯一一个大于0的值
SIGNAL:可理解为第二执行状态,如果某一个node的前驱节点正在加锁占用资源,当这个前驱节点释放锁后,就会将waitStatus=SIGNAL的node中的线程唤醒执行
CONDITION:表示线程正在等待某一个Condition,当其他线程调用了该Condition的signal方法后,就会将状态为CONDITION从等待队列转移到同步队列,等待获取同步锁
PROPAGATE:在共享模式中,waitStatus=PROPAGGATE中的线程处于可运行状态