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理解AQS的原理并学习源码

news 2025/8/19 10:48:16

文章目录

什么是AQS？
核心功能
- 状态管理
- 线程等待
加锁流程
解锁流程
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总结

什么是AQS？

AbstractQueuedSynchronizer（抽象队列同步器）是Java并发包java.util.concurrent中的核心基础组件，它提供了一个用于构建锁和其他同步组件的框架，在其内部通过volatile int state变量表示同步状态，并且定义了一个内部类来使用双向链表实现等待队列，同时支持独占和共享模式。

核心功能

状态管理

AQS使用一个32位的整数来表示同步状态：

private volatile int state;

这个状态变量的含义完全由子类来定义。例如：在ReentrantLock中，state表示锁被持有的次数。

线程等待

如果被请求的共享资源空闲，则将当前的请求线程设置为有效的⼯作线程，然后将对应的共享资源设置为锁定状态。如果共享资源被占⽤，则通过CLH同步队列将暂时⽤不到的线程封装成⼀个节点加⼊到队列中，同时在适当的时候对其进⾏阻塞和唤醒。

加锁流程

以ReentrantLock的NonfairSync为例：

直接尝试CAS抢占

NonfairSync首先会直接尝试CAS将state从0设置为1：

final void lock() {if (compareAndSetState(0, 1)) // // 直接抢占setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());elseacquire(1); // // 抢占失败，进入AQS流程}

进入AQS的acquire流程

如果CAS失败，调用acquire(1)：

public final void acquire(int arg) {if (!tryAcquire(arg) &&acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))selfInterrupt();}

        protected final boolean tryAcquire(int acquires) {return nonfairTryAcquire(acquires);}

再次调用tryAcquire()尝试获取锁（非公平特性体现）：

final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {final Thread current = Thread.currentThread();int c = getState();if (c == 0) {if (compareAndSetState(0, acquires)) {setExclusiveOwnerThread(current);return true;}}else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {int nextc = c + acquires;if (nextc < 0) // overflowthrow new Error("Maximum lock count exceeded");setState(nextc);return true;}return false;}

如果当前线程已持有锁，增加重入次数；获取失败则进入队列等待。

加入等待队列

private Node addWaiter(Node mode) {Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);// Try the fast path of enq; backup to full enq on failureNode pred = tail;if (pred != null) {node.prev = pred;if (compareAndSetTail(pred, node)) {pred.next = node;return node;}}enq(node);return node;}

获取失败时，将线程包装成Node并通过CAS操作安全地加入队列尾部。

队列中自旋和阻塞

在队列中的处理逻辑：

final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {boolean failed = true;try {boolean interrupted = false;for (;;) {final Node p = node.predecessor();if (p == head && tryAcquire(arg)) {setHead(node);p.next = null; // help GCfailed = false;return interrupted;}if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&parkAndCheckInterrupt())interrupted = true;}} finally {if (failed)cancelAcquire(node);}}

检查前驱节点是否为head，如果是则尝试获取锁；如果获取成功则将自己设为新的head节点，获取失败则判断是否需要阻塞（shouldParkAfterFailedAcquire），需要阻塞则调用LockSupport.park()挂起线程。

解锁流程

释放锁的代码：

protected final boolean tryRelease(int releases) {int c = getState() - releases;if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())throw new IllegalMonitorStateException();boolean free = false;if (c == 0) {free = true;setExclusiveOwnerThread(null);}setState(c);return free;}