同步类的基础AbstractQueuedSynchronizer(AQS)
我们之前介绍了很多同步类,比如ReentrantLock,Semaphore, CountDownLatch, ReentrantReadWriteLock,FutureTask等。
AQS封装了实现同步器时设计的大量细节问题。他提供了FIFO的wait queues并且提供了一个int型的state表示当前的状态。
根据JDK的说明,并不推荐我们直接使用AQS,我们通常需要构建一个内部类来继承AQS并按照需要重写下面几个方法:
在这些方法中,我们需要调用getState, setState 或者 compareAndSetState这三种方法来改变state值。
上面的方法提到了两种操作,独占操作(如:ReentrantLock)和共享操作(如:Semaphore,CountdownLatch)。
两种的区别在于同一时刻能否有多个线程同时获取到同步状态。
比如我们运行同时多个线程去读,但是通知只允许一个线程去写,那么这里的读锁就是共享操作,而写锁就是独占操作。
在基于QAS构建的同步类中,最基本的操作就是获取操作和释放操作。而这个state就表示的是这些获取和释放操作所依赖的值。
State是一个int值,你可以使用它来表示任何状态,比如ReentrantLock用它来表示所有者线程重复获取该锁的次数。Semaphore用它来表示剩余的许可量,而FutureTask用它来表示任务的状态(开始,运行,完成或者取消)。当然你还可以自定义额外的状态变量来表示其他的信息。
下的伪代码表示的是AQS中获取和释放操作的形式:
Acquire: while (!tryAcquire(arg)) { enqueue thread if it is not already queued; possibly block current thread; } Release: if (tryRelease(arg)) unblock the first queued thread;
获取操作,首先判断当前状态是否允许获取操作,如果如果不允许,则将当前的线程入Queue,并且有可能阻塞当前线程。
释放操作,则先判断是否运行释放操作,如果允许,则解除queue中的thread,并运行。
我们看一个具体的实现:
public class AQSUsage { private final Sync sync= new Sync(); private class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer{ protected int tryAcquireShared(int ignored){ return (getState() ==1 )? 1: -1; } protected boolean tryReleaseShared(int ignored){ setState(1); return true; } } public void release() { sync.releaseShared(0); } public void acquire() throws InterruptedException { sync.acquireSharedInterruptibly(0); } }
上面的例子中,我们定义了一个内部类Sync,在这个类中我们实现了tryAcquireShared和tryReleaseShared两个方法,在这两个方法中我们判断并设置了state的值。
sync.releaseShared和sync.acquireSharedInterruptibly会分别调用tryAcquireShared和tryReleaseShared方法。
前面我们也提到了很多同步类都是使用AQS来实现的,我们可以再看看其他标准同步类中tryAcquire的实现。
首先看下ReentrantLock:
final boolean tryAcquire(int acquires) { final Thread current = Thread.currentThread(); int c = getState(); if (c == 0) { if (compareAndSetState(0, acquires)) { setExclusiveOwnerThread(current); return true; } } else if (current == getExclusiveOwnerThread()) { int nextc = c + acquires; if (nextc < 0) // overflow throw new Error("Maximum lock count exceeded"); setState(nextc); return true; } return false; }
ReentrantLock只支持独占锁。所以它需要实现tryAcquire方法。除此之外它还维护了一个owner变量来保存当前所有者线程的标志符,从而来实现可重入锁。
我们再看下Semaphore和CountDownLatch的实现,因为他们是共享操作,所以需要实现tryAcqureShared方法:
final int tryAcquireShared(int acquires) { for (;;) { int available = getState(); int remaining = available - acquires; if (remaining < 0 || compareAndSetState(available, remaining)) return remaining; } }
本文的例子请参考 https://github.com/ddean2009/learn-java-concurrency/tree/master/AQS