深入浅出：AQS 源码解析

欢迎来到我的技术博客！今天，我们将深入探讨 Java 中一个非常关键的并发编程组件 - AbstractQueuedSynchronizer（AQS）。AQS 是 Java 并发编程中的核心，它为我们提供了构建各种锁和同步器的基础。在这篇文章中，我们将解析 AQS 的源代码，深入了解其工作原理，并通过代码示例演示其用法。希望你会喜欢并从中受益！

AQS 简介

在深入源码之前，让我们先简要了解一下 AQS 的背景。

AQS（AbstractQueuedSynchronizer）是 Java 并发包中的一个抽象基类，用于构建锁和同步器。它提供了一种灵活且强大的方式，让开发者可以创建各种不同类型的锁，如 ReentrantLock、Semaphore、CountDownLatch 等等。

AQS 的核心思想是基于 FIFO 队列来管理线程的等待和唤醒。它通过状态值来表示资源是否可用，以及等待线程的数量。当一个线程尝试获取锁时，如果资源已被占用，它会进入等待队列，等待资源释放。一旦资源可用，AQS 会按照 FIFO 的原则唤醒等待的线程。

AQS 源码解析

AQS 类结构

AQS 的源码位于 java.util.concurrent.locks 包中，它的主要类结构如下：

public abstract class AbstractQueuedSynchronizer {
    // 状态值，表示资源的可用性
    private volatile int state;

    // FIFO 队列，用于管理等待线程
    private transient volatile Node head;
    private transient volatile Node tail;

    // 各种同步操作的具体实现方法
    // ...
}

AQS 状态值

AQS 的核心是状态值 state，它代表了锁或同步器的状态。在 AQS 中，通常将 state 划分为两部分：

• 高 16 位：用于表示状态信息，如获取锁的次数或资源数量。
• 低 16 位：用于表示线程的等待状态，如是否已经获取锁或在等待队列中等待。

FIFO 队列

AQS 使用一个 FIFO 队列来管理等待线程。这个队列由 Node 对象组成，每个 Node 代表一个等待线程。

static final class Node {
    // 等待状态，取值为 CANCELLED、SIGNAL、CONDITION、PROPAGATE 等
    static final int CANCELLED =  1;
    static final int SIGNAL    = -1;
    static final int CONDITION = -2;
    static final int PROPAGATE = -3;

    // ...
}

每个 Node 包含了一个等待线程以及一个等待状态。

同步操作方法

AQS 定义了一系列用于同步操作的方法，包括 acquire、release、tryAcquire、tryRelease 等。这些方法需要子类根据具体的同步需求进行实现。

protected boolean tryAcquire(int arg) {
    throw new UnsupportedOperationException();
}

protected boolean tryRelease(int arg) {
    throw new UnsupportedOperationException();
}

AQS 代码示例

现在，让我们通过一个简单的代码示例来演示如何使用 AQS 构建一个自定义的同步器。

import java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer;

class MySync extends AbstractQueuedSynchronizer {
    // 自定义同步操作：尝试获取锁
    @Override
    protected boolean tryAcquire(int arg) {
        // 实现获取锁的逻辑，返回 true 表示成功，false 表示失败
        int state = getState();
        if (state == 0 && compareAndSetState(0, arg)) {
            setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
            return true;
        }
        return false;
    }

    // 自定义同步操作：尝试释放锁
    @Override
    protected boolean tryRelease(int arg) {
        // 实现释放锁的逻辑
        if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread()) {
            throw new IllegalMonitorStateException();
        }
        setState(0);
        setExclusiveOwnerThread(null);
        return true;
    }

    // 提供外部调用的加锁方法
    public void lock() {
        acquire(1);
    }

    // 提供外部调用的解锁方法
    public void unlock() {
        release(1);
    }
}

在这个示例中，我们创建了一个名为 MySync 的同步器，实现了自定义的 tryAcquire 和 tryRelease 方法来控制锁的获取和释放。同时，提供了 lock 和 unlock 方法供外部调用。

结语

通过这篇文章，我们深入了解了 AQS 的核心概念和源代码结构，还演示了如何使用 AQS 构建自定义的同步器。AQS 是 Java 并发编程中非常重要的一部分，它的设计和实现为我们提供了强大的工具来处理各种并发场景。

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