java并发包aqs原理

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Java并发包AQS原理

简介

Java并发包中的AbstractQueuedSynchronizer（AQS）是一个用于构建锁和同步器的基础框架。它提供了一些工具方法和底层机制，用于实现各种同步器，如ReentrantLock、CountDownLatch等。本文将介绍AQS的原理，并通过一个简单的代码示例来解释其使用方法。

AQS原理

AQS的核心思想是使用一个FIFO的等待队列来管理线程的竞争和等待状态。AQS内部维护了一个同步状态（state）和一个等待队列（Wait Queue）。线程在获取锁时，如果同步状态不满足条件，则将线程加入等待队列，进入等待状态。当同步状态满足条件时，AQS会从等待队列中选择一个线程，将其唤醒，使其继续执行。

AQS提供了四个核心方法来实现同步：getState()、setState()、compareAndSetState()和acquire()。其中，getState()和setState()方法用于获取和设置同步状态，compareAndSetState()方法用于原子性地更新同步状态。acquire()方法是一个模板方法，定义了获取锁的具体逻辑，子类需要实现该方法来自定义同步器。

代码示例

下面是一个简单的代码示例，演示了如何使用AQS构建一个简单的互斥锁。

import java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer;

public class Mutex {
    private static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
        protected boolean tryAcquire(int acquires) {
            assert acquires == 1;
            if (compareAndSetState(0, 1)) {
                setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
                return true;
            }
            return false;
        }

        protected boolean tryRelease(int releases) {
            assert releases == 1;
            if (getState() == 0) throw new IllegalMonitorStateException();
            setExclusiveOwnerThread(null);
            setState(0);
            return true;
        }

        protected boolean isHeldExclusively() {
            return getState() == 1;
        }
    }

    private final Sync sync = new Sync();

    public void lock() {
        sync.acquire(1);
    }

    public void unlock() {
        sync.release(1);
    }

    public boolean isLocked() {
        return sync.isHeldExclusively();
    }
}

在上面的代码中，我们定义了一个Mutex类，它使用了AQS来实现一个互斥锁。Sync类继承自AbstractQueuedSynchronizer，并覆写了tryAcquire()、tryRelease()和isHeldExclusively()方法。

在tryAcquire()方法中，我们首先使用compareAndSetState()方法尝试将同步状态从0更新为1。如果更新成功，表示当前线程成功获取到了锁。在获取锁时，我们使用setExclusiveOwnerThread()方法将当前线程设置为独占的所有者线程。

在tryRelease()方法中，我们首先检查当前同步状态是否为0，如果为0则抛出IllegalMonitorStateException异常。然后，我们使用setExclusiveOwnerThread(null)将独占的所有者线程清空，并使用setState(0)将同步状态重置为0。

在isHeldExclusively()方法中，我们检查当前同步状态是否为1，如果为1则表示当前线程持有锁。

最后，我们在Mutex类中提供了lock()、unlock()和isLocked()方法来对外暴露同步操作。