Java併發程式設計之AQS
阿新 • • 發佈：2018-11-19
一、什麼是AQS
AQS（AbstractQueuedSynchronize：佇列同步器）是用來構建鎖或者其他同步元件的基礎框架，很多同步類都是在它的基礎上實現的，比如常用的ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock、CountDownLatch、Semaphore。
二、實現原理
在AQS內部，定義了一個 volatile int state 變數來標識同步狀態，通過改變state的狀態來控制對共享資源的訪問，根據不同的實現，state可以表示不同的狀態，例如：在 ReentrantLock 中它表示擁有該鎖的執行緒請求了多少次該鎖；在 Semaphore 中表示
FutureTask 中表示任務的狀態(尚未開始、執行、完成和取消)。同時定義了一個 FIFO 佇列維護爭用資源時被阻塞的執行緒，當執行緒嘗試獲取鎖時，如果鎖已經被佔用，那麼該執行緒就會被構造成一個Node節點放到同步佇列的尾部；佇列的頭節點是成功獲取鎖的節點，當頭節點執行緒釋放鎖時，會喚醒後面的節點並釋放當前頭節點的引用。AQS主要通過繼承的方式來使用，子類通過繼承AQS並實現它的抽象方法來定義state變數的具體的訪問規則，從而可以實現不同型別的同步元件。AQS自身沒有實現任何同步介面，為了保證對state的訪問修改操作是安全的，AQS提供了以下三個方法供自定義同步元件使用：- getState()：獲取當前同步狀態。
- setState(int newState)：設定當前同步狀態。
- compareAndSetState(int expect,int update)：使用CAS設定當前狀態，該方法能夠保證狀態設定的原子性。
AQS是實現鎖的關鍵，它在底層對同步狀態管理、執行緒的排隊、等待與喚醒做了實現，簡化鎖的實現。
AQS定義了兩種資源共享的方式：獨佔式和共享式。
- 獨佔式：同時只有一個執行緒能訪問該共享資源。
- 共享式：多個執行緒可以同時訪問該共享資源。
AQS是基於模板方法模式設計的，它提供了一些模板方法，自定義同步器時重寫這些方法。這些模板方法如下：
- protected boolean tryAcquire(int arg)：獨佔式獲取同步狀態，成功則返回true，失敗則返回false。先查詢同步狀態並判斷同步狀態是否符合預期，然後再進行CAS設定同步狀態。
- protected boolean tryRelease(int arg)：獨佔式釋放同步狀態，成功則返回true，失敗則返回false。等待獲取同步狀態的執行緒將有機會獲取同步狀態。
- protected int tryAcquireShared(int arg)：共享式獲取同步狀態，返回大於等於0的值，表示成功，該值表示剩餘可用資源數，小於0則表示獲取失敗。
- protected boolean tryReleaseShared(int arg)：共享式釋放同步狀態，如果釋放後允許喚醒後續等待結點返回true，否則返回false。
- protected boolean isHeldExclusively()：當前同步器是否在獨佔模式下被執行緒佔用，只在 AbstractQueuedSynchronizer.ConditionObject 方法內進行內部呼叫，不使用Condition可以不實現。