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线程安全

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Qwe7
发布2022-08-07 08:29:53
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发布2022-08-07 08:29:53
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AbstractQueuedSynchronizer 类

又名 AQS 框架,位于 java.util.concurrent.locks 包内。用来构建锁和同步器的框架,使用 AQS 能简单且高效地构造出应用广泛的大量的同步器,比如我们提到的 ReentrantLock,Semaphore 等。

AQS 核心思想是通过以下方式,建立一套线程阻塞等待以及被唤醒时锁分配的机制。

  • 如果被请求的共享资源空闲,则将当前请求资源的线程设置为有效的工作线程,并且将共享资源设置为锁定状态。
  • 如果被请求的共享资源被占用,就将暂时获取不到锁的线程封装成一个结点,加入到一个虚拟的双向队列 CLH 中。

CLH 不存在真实的队列,仅存在结点之间的关联关系。

CLH
CLH

AQS 存储状态

AQS 负责维护:

  1. 一个 volatile int 成员变量 state
  2. 一个 FIFO 线程等待队列

成员变量 state 表示资源状态,通过 getState/setState 方法存取。

线程抢占资源时会通过 CAS 操作去尝试修改 state ,成功则获取锁成功,失败则进入等待队列等待被唤醒。

资源共享方式

AQS 定义两种资源共享方式

  • Exclusive(独占)

只有一个线程能执行,如 ReentrantLock。

state初始化为0,表示未锁定状态。加一后锁定。

  • Share(共享)

多个线程可同时执行,如 Semaphore/CountDownLatch。Semaphore、CountDownLatCh、 CyclicBarrier、ReadWriteLock 。

返回 state 负数表示失败;0表示成功,但没有剩余可用资源;正数表示成功,且有剩余资源。

自定义同步器

同步器的设计是基于模板方法模式的,如果需要自定义同步器一般的方式是这样(模板方法模式很经典的一个应用):

同步类在实现时一般都将自定义同步器(sync)定义为内部类,供自己使用;而同步类自己(Mutex)则实现某个接口,对外服务。

使用者继承 AbstractQueuedSynchronizer 并重写指定的方法。(这些重写方法很简单,无非是对于共享资源 state 的获取和释放) 将 AQS 组合在自定义同步组件的实现中,并调用其模板方法,而这些模板方法会调用使用者重写的方法。

isHeldExclusively():该线程是否正在独占资源。只有用到condition才需要去实现它。 tryAcquire(int):独占方式。尝试获取资源,成功则返回true,失败则返回false。 tryRelease(int):独占方式。尝试释放资源,成功则返回true,失败则返回false。 tryAcquireShared(int):共享方式。尝试获取资源。负数表示失败;0表示成功,但没有剩余可用资源;正数表示成功,且有剩余资源。 tryReleaseShared(int):共享方式。尝试释放资源,如果释放后允许唤醒后续等待结点返回true,否则返回false。

代码语言:javascript
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class Mutex implements Lock, java.io.Serializable {
    // 自定义同步器
    private static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
        // 判断是否锁定状态
        protected boolean isHeldExclusively() {
            return getState() == 1;
        }

        // 尝试获取资源,立即返回。成功则返回true,否则false。
        public boolean tryAcquire(int acquires) {
            assert acquires == 1; // 这里限定只能为1个量
            if (compareAndSetState(0, 1)) {//state为0才设置为1,不可重入!
                setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());//设置为当前线程独占资源
                return true;
            }
            return false;
        }

        // 尝试释放资源,立即返回。成功则为true,否则false。
        protected boolean tryRelease(int releases) {
            assert releases == 1; // 限定为1个量
            if (getState() == 0)//既然来释放,那肯定就是已占有状态了。只是为了保险,多层判断!
                throw new IllegalMonitorStateException();
            setExclusiveOwnerThread(null);
            setState(0);//释放资源,放弃占有状态
            return true;
        }
    }

    // 真正同步类的实现都依赖继承于AQS的自定义同步器!
    private final Sync sync = new Sync();

    //lock<-->acquire。两者语义一样:获取资源,即便等待,直到成功才返回。
    public void lock() {
        sync.acquire(1);
    }

    //tryLock<-->tryAcquire。两者语义一样:尝试获取资源,要求立即返回。成功则为true,失败则为false。
    public boolean tryLock() {
        return sync.tryAcquire(1);
    }

    //unlock<-->release。两者语文一样:释放资源。
    public void unlock() {
        sync.release(1);
    }

    //锁是否占有状态
    public boolean isLocked() {
        return sync.isHeldExclusively();
    }
}Copy to clipboardErrorCopied

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