【多线程面试题二十五】、说说你对AQS的理解

简介: 这篇文章阐述了对Java中的AbstractQueuedSynchronizer(AQS)的理解,AQS是一个用于构建锁和其他同步组件的框架,它通过维护同步状态和FIFO等待队列,以及线程的阻塞与唤醒机制,来实现同步器的高效管理,并且可以通过实现特定的方法来自定义同步组件的行为。

面试官:说说你对AQS的理解

参考答案:

抽象队列同步器AbstractQueuedSynchronizer (以下都简称AQS),是用来构建锁或者其他同步组件的骨架类,减少了各功能组件实现的代码量,也解决了在实现同步器时涉及的大量细节问题,例如等待线程采用FIFO队列操作的顺序。在不同的同步器中还可以定义一些灵活的标准来判断某个线程是应该通过还是等待。

AQS采用模板方法模式,在内部维护了n多的模板的方法的基础上,子类只需要实现特定的几个方法(不是抽象方法!不是抽象方法!不是抽象方法!),就可以实现子类自己的需求。

基于AQS实现的组件,诸如:

  • ReentrantLock 可重入锁(支持公平和非公平的方式获取锁);

  • Semaphore 计数信号量;

  • ReentrantReadWriteLock 读写锁。

扩展阅读

AQS内部维护了一个int成员变量来表示同步状态,通过内置的FIFO(first-in-first-out)同步队列来控制获取共享资源的线程。

我们可以猜测出,AQS其实主要做了这么几件事情:

  • 同步状态(state)的维护管理;

  • 等待队列的维护管理;

  • 线程的阻塞与唤醒。

通过AQS内部维护的int型的state,可以用于表示任意状态!

  • ReentrantLock用它来表示锁的持有者线程已经重复获取该锁的次数,而对于非锁的持有者线程来说,如果state大于0,意味着无法获取该锁,将该线程包装为Node,加入到同步等待队列里。

  • Semaphore用它来表示剩余的许可数量,当许可数量为0时,对未获取到许可但正在努力尝试获取许可的线程来说,会进入同步等待队列,阻塞,直到一些线程释放掉持有的许可(state+1),然后争用释放掉的许可。

  • FutureTask用它来表示任务的状态(未开始、运行中、完成、取消)。

  • ReentrantReadWriteLock在使用时,稍微有些不同,int型state用二进制表示是32位,前16位(高位)表示为读锁,后面的16位(低位)表示为写锁。

  • CountDownLatch使用state表示计数次数,state大于0,表示需要加入到同步等待队列并阻塞,直到state等于0,才会逐一唤醒等待队列里的线程。

AQS通过内置的FIFO(first-in-first-out)同步队列来控制获取共享资源的线程。CLH队列是FIFO的双端双向队列,AQS的同步机制就是依靠这个CLH队列完成的。队列的每个节点,都有前驱节点指针和后继节点指针。如下图:

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