前往小程序,Get更优阅读体验!
立即前往
首页
学习
活动
专区
工具
TVP
发布
社区首页 >专栏 >美团一面,面试官让介绍AQS原理并手写一个同步器,直接凉了

美团一面,面试官让介绍AQS原理并手写一个同步器,直接凉了

作者头像
JavaBuild
发布2024-05-27 14:41:28
540
发布2024-05-27 14:41:28
举报
文章被收录于专栏:JavaBuild888

写在开头

今天在牛客上看到了一个帖子,一个网友吐槽美团一面上来就让手撕同步器,没整出来,结果面试直接凉凉。

就此联想到一周前写的一篇关于AQS知识点解析的博文,当时也曾埋下伏笔说后面会根据AQS的原理实现一个自定义的同步器,那今天就来把这个坑给填上哈。

常用的AQS架构同步器类

自定义同步器实现步骤

在上一篇文章中我们就已经提过了AQS是基于 模版方法模式 的,我们基于此的自定义同步器设计一般需要如下两步:

1. 使用者继承 AbstractQueuedSynchronizer 并重写指定的方法;2. 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。

在模版方法模式下,有个很重要的东西,那就是“钩子方法”,这是一种抽象类中的方法,一般使用 protected 关键字修饰,可以给与默认实现,空方法居多,其内容逻辑由子类实现,为什么不适用抽象方法呢?因为,抽象方法需要子类全部实现,增加大量代码冗余!

Ok,有了这层理论知识,我们去看看Java中根据AQS实现的同步工具类有哪些吧

Semaphore(信号量)

在前面我们讲过的synchronized 和 ReentrantLock 都是一次只允许一个线程访问某个资源,而Semaphore(信号量)可以用来控制同时访问特定资源的线程数量,它并不能保证线程安全。

我们下面来看一个关于Semaphore的使用示例:

【代码示例1】

代码语言:javascript
复制
public class Test {
    private final Semaphore semaphore;

    /**
     * 构造方法初始化信号量
     * @param limit
     */
    public Test(int limit) {
        this.semaphore = new Semaphore(limit);
    }

    public void useResource() {
        try {
            semaphore.acquire();
            // 使用资源
            System.out.println("资源use:" + Thread.currentThread().getName());
            Thread.sleep(1000); // 模拟资源使用时间
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            semaphore.release();
            System.out.println("资源release:" + Thread.currentThread().getName());
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 限制3个线程同时访问资源
        Test pool = new Test(3);

        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            new Thread(pool::useResource).start();
        }
    }
}

输出:

代码语言:javascript
复制
资源use:Thread-1
资源use:Thread-0
资源use:Thread-2
资源release:Thread-0
资源release:Thread-1
资源release:Thread-2
资源use:Thread-3
资源release:Thread-3

由此结果可看出,我们成功的将同时访问共享资源的线程数限制在了不超过3个的级别,这里面涉及到了Semaphore的两个主要方法:acquire()和release()

① acquire():获取许可 跟进这个方法后,我们会发现其内部调用了AQS的一个final 方法acquireSharedInterruptibly(),这个方法中又调用了tryAcquireShared(arg)放,作为AQS中的钩子方法,这个方法的实现在Semaphore的两个静态内部类 FairSync(公平模式)NonfairSync(非公平模式) 中。

② release():释放许可 同样跟入这个方法,里面用了AQS的releaseShared(),而在这个方法内也毫无疑问的用了tryReleaseShared(int arg)这个钩子方法,原理同上,不再冗释。

【补充】此外,在Semaphore中还有一个Sync的内部类,提供nonfairTryAcquireShared()自旋获取资源,以及tryReleaseShared(int releases),共享方式尝试释放资源。

除了Semaphore(信号量)外,基于AQS实现的还有CountDownLatch (倒计时器)、CyclicBarrier(循环栅栏),本来想在一篇文章中讲完的,但感觉篇幅上会非常长,遂放弃,后面分篇学习吧。

手写一个同步器!

好了,有了上面的一系列学习,我们现在来手撕一个自定义的同步器吧,原理都一样滴,开始前,先贴上AQS中的几个钩子方法,防止待会忘记,哈哈!

【钩子方法】

代码语言:javascript
复制
//独占方式。尝试获取资源,成功则返回true,失败则返回false。
protected boolean tryAcquire(int)
//独占方式。尝试释放资源,成功则返回true,失败则返回false。
protected boolean tryRelease(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。
protected int tryAcquireShared(int)
//共享方式。尝试释放资源,成功则返回true,失败则返回false。
protected boolean tryReleaseShared(int)
//该线程是否正在独占资源。只有用到condition才需要去实现它。
protected boolean isHeldExclusively()

写一个基于AQS的互斥锁,统一时刻只允许一个线程获取资源。

步骤一:

首先,我们在第一步,我们定义一个互斥锁类OnlySyncByAQS,在类中我们同样写一个静态内部类去继承AbstractQueuedSynchronizer,在内部类中,我们重写AQS的tryAcquire方法,独占方式,尝试获取资源;重写tryRelease()尝试释放资源,这俩为主要方法!

然后我们再进一步封装成lock()与unlock()的上锁与解锁方法,并在里面通过模版方法模式,去调用AQS中的acquire()和release(),从而去调到我们对模版方法的实现。

【代码示例2】

代码语言:javascript
复制
public class OnlySyncByAQS {

    private final Sync sync = new Sync();

    /**
     * 获取许可,给资源上锁
     */
    public void lock() {
        sync.acquire(1);
    }

    /**
     * 释放许可,解锁
     */
    public void unlock() {
        sync.release(1);
    }

    /**
     * 判断是否独占
     * @return
     */
    public boolean isLocked() {
        return sync.isHeldExclusively();
    }

    /**
     * 静态内部类,继承AQS,重写钩子方法
     */
    private static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {

        /**
         * 重写AQS的tryAcquire方法,独占方式,尝试获取资源。
         */
        @Override
        protected boolean tryAcquire(int arg) {
            //CAS 尝试更改状态
            if (compareAndSetState(0, 1)) {
                //独占模式下,设置锁的持有者为当前线程,来自于AOS
                setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"获取锁成功");
                return true;
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"获取锁失败");
            return false;
        }

        /**
         * 独占方式。尝试释放资源,成功则返回true,失败则返回false。
         * @param arg
         * @return
         */
        @Override
        protected boolean tryRelease(int arg) {
            if (getState() == 0) {
                throw new IllegalMonitorStateException();
            }
            //置空锁的持有者
            setExclusiveOwnerThread(null);
            //改状态为0,未锁定状态
            setState(0);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"释放锁成功!");
            return true;
        }

        /**
         * 判断该线程是否正在独占资源,返回state=1
         * @return
         */
        @Override
        protected boolean isHeldExclusively() {
            return getState() == 1;
        }
    }

}

步骤二:

第二步,我们写一个测试类去调用这个自定义的互斥锁。

【代码示例2】

代码语言:javascript
复制
public class Test {

    private OnlySyncByAQS onlySyncByAQS = new OnlySyncByAQS();

    public void use(){
        onlySyncByAQS.lock();
        try {
            //休眠1秒获取使用共享资源
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            onlySyncByAQS.unlock();
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Test test = new Test();
        //多线程竞争资源,每次仅一个线程拿到锁
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            new Thread(()->{
                test.use();
            }).start();
        }
    }
}

输出:

代码语言:javascript
复制
Thread-0获取锁成功
Thread-1获取锁失败
Thread-2获取锁失败
Thread-1获取锁失败
Thread-1获取锁失败
Thread-0释放锁成功!
Thread-1获取锁成功
Thread-1释放锁成功!
Thread-2获取锁成功
Thread-2释放锁成功!

由输出结果可以看出作为互斥锁,每次仅一个线程可以获取到锁资源,其他线程会不断尝试获取并失败,直至该线程释放锁资源!

本文参与 腾讯云自媒体同步曝光计划,分享自微信公众号。
原始发表:2024-04-10,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

本文分享自 JavaBuild888 微信公众号,前往查看

如有侵权,请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。

本文参与 腾讯云自媒体同步曝光计划  ,欢迎热爱写作的你一起参与!

评论
登录后参与评论
0 条评论
热度
最新
推荐阅读
目录
  • 写在开头
  • 常用的AQS架构同步器类
    • 自定义同步器实现步骤
      • Semaphore(信号量)
      • 手写一个同步器!
      领券
      问题归档专栏文章快讯文章归档关键词归档开发者手册归档开发者手册 Section 归档