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网站建设与实践步骤,网站公司备案,科技网站导航,网络广告策划书范文一、AQS AQS 是 AbstractQueuedSynchronizer 的简称#xff0c;又称为同步阻塞队列#xff0c;是 Java 中的一个抽象类。在其内部维护了一个由双向链表实现的 FIFO 线程等待队列#xff0c;同时又提供和维护了一个共享资源 state #xff0c;像我们平常使用的 ReentrantLo…一、AQS AQS 是 AbstractQueuedSynchronizer 的简称又称为同步阻塞队列是 Java 中的一个抽象类。在其内部维护了一个由双向链表实现的 FIFO 线程等待队列同时又提供和维护了一个共享资源 state 像我们平常使用的 ReentrantLock、Semaphore、ReentrantReadWriteLock、SynchronousQueue、FutureTask等都是基于AQS 进行实现的。 AQS 可以实现什么功能呢在 AQS 中不考虑资源的获取和释放主要关注资源获取不到时如何将线程加入队列以及阻塞当释放资源后如何再进行线程的出列和唤醒。而对于资源的操作则交予具体实现的子类进行完成。 在此基础上 AQS 为了使线程的控制可以更灵活又提供了两种同步模型独占模式和共享模式 独占模式表示并发情况下只有一个线程能执行其余则需等待例如 Lock 锁一次只能有一个线程获取到锁。 共享模式允许多线程根据规则执行例如 Semaphore 进行多个线程的协调。
AQS 已经帮我们实现了队列的维护以及线程的等待和唤醒但是具体资源的获取和释放都需要由继承类实现对于资源的获取和释放也是区分了独占模式和共享模式相应方法如下 //查询是否正在独占资源condition会使用 boolean isHeldExclusively() //独占模式尝试获取资源成功则返回true失败则返回false boolean tryAcquire(int arg) //独占模式尝试释放资源成功则返回true失败则返回false boolean tryRelease(int arg) //共享模式尝试获取资源如果返回负数表示失败否则表示成功。 int tryAcquireShared(int arg) //共享模式尝试释放资源成功则返回true失败则返回false。 boolean tryReleaseShared(int arg)例如在 ReentrantLock 公平锁中tryAcquire 的实现逻辑如下 protected final boolean tryAcquire(int acquires) {// 当前线程final Thread current Thread.currentThread();// AQS 中共享 stateint c getState();if (c 0) {// 如果队列中没有其他线程并对state进行修改// 如果修改成功则设置独占锁的线程为当前线程if (!hasQueuedPredecessors() compareAndSetState(0, acquires)) {setExclusiveOwnerThread(current);return true;}}else if (current getExclusiveOwnerThread()) {// 如果独占线程就是当前线程则是重入的场景对 state 1int nextc c acquires;if (nextc 0)throw new Error(Maximum lock count exceeded);setState(nextc);return true;}// 如果都没成功则获取锁失败return false;} }可以看到在 ReentrantLock 公平锁中通过 state 的值来标识是否有锁资源可用并且重入情况下也是对 state 的值进行修改标识 对于 state 的修改和判断是否有等待队列线程 AQS 中都提供了相应的方法。 在 AQS 中几个核心的方法如下同样区分了独占模式和共享模式 // 返回共享资源的当前值 final int getState() // 设置共享资源的值 final void setState(int newState) // CAS设置共享资源的值 final boolean compareAndSetState(int expect, int update)// 独占模式获取同步资源会调用重写的tryAcquire(int arg) // 如果获取成功则不做任何处理否则将会加入同步队列并挂起线程等待 final void acquire(int arg) // 独占模式式获取同步资源但是可以响应中断 final void acquireInterruptibly(int arg) // 独占模式获取同步资源但多出了超时时间 // 如果当前线程在 nanosTimeout 时间内没有获取到同步资源 // 那么将会返回false否则返回true final boolean tryAcquireNanos(int arg, long nanosTimeout) // 独占模式式释放同步资源会调用重写的 tryRelease(int arg) 方法 // 在释放同步资源之后会将同步队列中第一个节点包含的线程唤醒 final boolean release(int arg)// 共享模式式获取同步资源会调用重写的 tryAcquireShared(int arg) // 如果当前线程未获取到同步资源会加入同步队列等待 // 和独占式的区别这里 tryAcquireShared(int arg) 0 时才认为未获取到资源 final void acquireShared(int arg) // 共享模式式获取同步资源可以响应中断 final void acquireSharedInterruptibly(int arg) // 共享模式获取同步资源但多出了超时时间 final boolean tryAcquireSharedNanos(int arg, long nanosTimeout) // 共享式释放同步资源会调用重写的 tryReleaseShared(int arg) 方法 // 在释放同步资源之后会将同步队列中第一个节点包含的线程唤醒 final boolean releaseShared(int arg)下面一起从源码的角度分析 AQS 是如何实现线程的协调和管理的。 二、共享资源 state 共享资源 state 就是 AQS 中的一个 int 类型的全局变量使用了 volatile 进行修饰保证了多线程下的数据可见性并且 AQS 为其提供了普通和 CAS 方式的修改方法该共享资源主要用来做资源的标记。 例如 在 ReentrantLock 锁中用来表示是否获取到锁默认情况 0 表示无锁状态获取到锁后进行 1 如果是重入的场景下同样进行 1 最后释放锁后再进行 -1。 在 Semaphore 中用来表示信号量的标记当获取信号量时 state 进行 -1 释放信号量再进行 1 三、FIFO 阻塞队列 在 AQS 中阻塞队列采用双向链表进行实现具体源码如下 //等待队列节点类双向链表static final class Node {// 标记指示节点正在共享模式下等待static final Node SHARED new Node();// 标记指示节点正在独占模式下等待static final Node EXCLUSIVE null;// waitStatus值表示线程已取消static final int CANCELLED 1;// waitStatus值表示后继线程需要唤醒static final int SIGNAL -1;// waitStatus值表示线程正在等待状态static final int CONDITION -2;// waitStatus值指示下一个被获取的应该无条件的传播static final int PROPAGATE -3;// 线程等待状态volatile int waitStatus;// 上一个节点volatile Node prev;// 下一个节点volatile Node next;// 当前线程volatile Thread thread;// 节点的模式独占还是贡献Node nextWaiter;// 是否为共享模型final boolean isShared() {return nextWaiter SHARED;}// 获取上一个节点final Node predecessor() throws NullPointerException {Node p prev;if (p null)throw new NullPointerException();elsereturn p;}Node() { // Used to establish initial head or SHARED marker}Node(Thread thread, Node mode) { // Used by addWaiterthis.nextWaiter mode;this.thread thread;}Node(Thread thread, int waitStatus) { // Used by Conditionthis.waitStatus waitStatus;this.thread thread;}}其中通过 nextWaiter 表示当前线程是独占模型还是共享模式线程的所属状态使用 waitStatus 来进行表示其中包括 默认值为 0表示当前节点在 sync 队列中等待着获取资源。CANCELLED值为1表示当前的线程被取消。SIGNAL值为-1释放资源后需唤醒后继节点。CONDITION值为-2 等待condition唤醒。PROPAGATE值为-3工作于共享锁状态需要向后传播比如根据资源是否剩余唤醒后继节点。 四、独占模式 acquire 获取资源 在 AQS acquire() 方法中首先调用子类的 tryAcquire 获取资源如果资源获取成功则不做任何处理如果失败则首先使用 addWaiter 将当前线程加入到队列中并指定 Node 的类型为独占模式 在 addWaiter 方法中会将当前线程的 Node 加入到队列的尾端如果尾节点为空或修改尾节点失败则进入到 enq 中使用自旋的方式修改 在 enq 方法中可以看出当为节点为空时也就是队列中无数据时会初始化一个空的 Head 节点。 再回到 acquire() 方法加入队列后会进入到 acquireQueued 方法中在该方法循环中如果当前节点 的pred 上一个节点是 head 节点的话那该节点不就是第一个节点吗因为从上面就可以看出初始情况下 head 是一个空的 node 那 head 的下一个节点不就是第一个进入到队列的节点了这种情况下遵循队列先进先出的原则再次尝试是否能获取到资源如果可以成功获取资源到则将当前节点置为 head 节点同时再次将 head 节点置为空 node此时线程也无需阻塞可以直接执行 但是如果当前节点的上一个节点不是 head 节点或者没有获取到资源则此时需要进行挂起阻塞下面首先会触发 shouldParkAfterFailedAcquire 方法这里先看后面的 parkAndCheckInterrupt 方法该方法主要做了将线程挂起阻塞的作用采用 LockSupport.park 进行线程的阻塞 再来看 shouldParkAfterFailedAcquire 方法就是控制当前线程是否需要挂起这里就需要使用到 Node 中的 waitStatus在该方法中有三种类型的判断 如果当前是 SIGNAL 状态则可以直接挂起当waitStatus大于 0 时在 Node 中 waitStatus 大于 0 的状态就是 CANCELLED 状态也就是标识线程被取消了此时这种线程进行阻塞也就没有意义了那就一直循环向上取线程未被取消的作为当前节点继续执行。当waitStatus小于等于 0 时将状态置为 SIGNAL 类型 后面当阻塞的线程被唤醒后会继续在 acquireQueued 的循环中不断找寻第一个入队的线程进行尝试获取资源操作。 五、独占模式 release 释放资源 在 release 方法中首先会调用子类的 tryRelease 方法释放资源 然后会将当前的 head 节点传入 unparkSuccessor 方法中在该方法中首先将该Node节点的 waitStatus 修改到默认的 0 值然后获取到下一个节点因为 head 节点始终保持为空节点下一个节点才是真正的队列中第一个线程。但如果下一个节点为空的话或者已经被取消了则循环从 tail 节点向上找最前面正常的节点最后直接使用 LockSupport.unpark 唤醒该节点的线程 六、共享模式 acquireShared 获取资源 在 acquireShared 方法中会首先调用子类的 tryAcquireShared 方法获取资源但与独占模式不同的是这里当资源的数量小于 0 时则认为获取资源失败 当资源获取失败时会进入到 doAcquireShared 方法在该方法中同样先将自己加入到阻塞队列中将 Node 的类型设为 Node.SHARED 共享模式 下面的判断逻辑和独占模式差不多取当前节点的上一个节点如果是 head 节点那当前节点便是队列的第一个线程此时则可以尝试获取资源如果资源大于 0 认为获取资源成功则将当前节点置为 head 节点 在 setHeadAndPropagate 方法中与独占模式不同将当前节点置为 head 节点后并没有进行置空操作而且又会判断资源大于 0 的话通过 doReleaseShared 唤醒更多的线程继续执行 这里 doReleaseShared 方法的逻辑在下面 releaseShared解读时进行解释 回到 doAcquireShared 方法中下面 shouldParkAfterFailedAcquire 和 parkAndCheckInterrupt 则和独占模式调用方法相同将符合条件的线程进行阻塞 后面当阻塞的线程被唤醒后会继续在 doAcquireShared 的循环中不断找寻第一个入队的线程进行尝试获取资源操作。 七、共享模式 releaseShared 释放资源 在 releaseShared 方法中会首先调用子类的 tryReleaseShared 方法释放资源 释放资源后会进到 doReleaseShared 方法唤醒等待的线程对 head 节点进行唤醒 当 head 节点唤醒后会和 doAcquireShared 的方法中的 setHeadAndPropagate 形成呼应如果获取到的资源数大于 0 则继续使用 doReleaseShared 进行唤醒从而控制多个线程执行。 八、总结 AQS 没有限制具体某个场景的应用但通过其内部维护的 FIFO 队列和共享资源 state便可以实现很多种不同的场景在阅读了 AQS 源码后应该有了更深入的理解后面再去看 ReentrantLock、Semaphore 等的源码会发现很容易理解。