JUC并发编程之AQS原理

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了JUC并发编程之AQS原理。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方,请大家不吝赐教,您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

1. AQS 原理

1.1 概述

全称是 AbstractQueuedSynchronizer,是阻塞式锁和相关的同步器工具的框架

特点:

  • 用 state 属性来表示资源的状态(分独占模式和共享模式),子类需要定义如何维护这个生态,控制如何获取锁和释放锁
    • getState - 获取 state 状态
    • setState - 设置 state 状态
    • compareAndSetState - cas 机制设置 state 状态
    • 独占模式是只有一个线程能够访问资源,类似于 Monitor 的 EntryList
  • 提供了基于 FIFO 的等待队列,类似于 Monitor 的 EntryList
  • 条件变量来实现等待、唤醒机制,支持多个条件,类似于 Monitor 的 WaitSet

子类主要实现这样一些方法 (默认抛出UnsupportedOperationException)

  • tryAcquire
  • tryRelease
  • tryAcquireShared
  • tryReleaseShared
  • isHeldExclusively

获取锁的姿势

// 如果获取锁失败
if (!tryAcquire(arg)) {
    // 入队,可以选择阻塞当前线程  park unpark
}

释放锁的姿势

// 如果释放锁成功
if (tryRelease(arg)) {
    // 让阻塞线程继续运行
}

1.2 实现不可重入锁

自定义同步器

import java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer;
import java.util.concurrent.locks.Condition;

/**
 * 自定义同步器
 * @author 晓风残月Lx
 * @date 2023/4/5 21:44
 */
public final class MySync extends AbstractQueuedSynchronizer {
    @Override
    protected boolean tryAcquire(int acquires) {
        if (acquires == 1) {
            if (compareAndSetState(0, 1)){
                setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

    @Override
    protected boolean tryRelease(int acquires) {
        if (acquires == 1) {
            if (getState() == 0) {
                throw new IllegalMonitorStateException();
            }
            setExclusiveOwnerThread(null);
            setState(0);
            return true;
        }
        return false;
    }

    protected Condition newCondition() {
        return new ConditionObject();
    }

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

自定义锁

有了自定义同步器,很容易复用 AQS ,实现一个功能完备的自定义锁

import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;

/**
 * 自定义锁
 * @author 晓风残月Lx
 * @date 2023/4/5 21:43
 */
public class MyLock implements Lock {

    static MySync sync = new MySync();

    @Override
    // 尝试,不成功,进入等待队列
    public void lock() {
        sync.acquire(1);
    }

    @Override
    // 尝试,不成功,进入等待队列,可打断
    public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {
        sync.acquireInterruptibly(1);
    }

    @Override
    // 尝试一次,不成功返回,不进入队列
    public boolean tryLock() {
        return sync.tryAcquire(1);
    }

    @Override
    // 尝试,不成功,进入等待队列,有时限
    public boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
        return sync.tryAcquireNanos(1, unit.toNanos(time));
    }

    @Override
    // 释放锁
    public void unlock() {
        sync.release(1);
    }

    @Override
    // 生成条件变量
    public Condition newCondition() {
        return sync.newCondition();
    }
}

测试

import com.lv.juc.util.Sleeper;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

/**
 * @author 晓风残月Lx
 * @date 2023/4/5 21:53
 */
@Slf4j
public class MyLockTest {

    public static void main(String[] args) {
        MyLock lock = new MyLock();

        new Thread(() -> {
            lock.lock();
            try {
                log.debug("locking |...");
                //lock.lock();
				//log.debug("locking 2|...");
                Sleeper.sleep(1);
            } finally {
                log.debug("unlocking ...");
                lock.unlock();
            }
        }, "t1").start();

        new Thread(() -> {
            lock.lock();
            try {
                log.debug("locking |...");
                Sleeper.sleep(1);
            } finally {
                log.debug("unlocking ...");
                lock.unlock();
                //lock.unlock();
            }
        }, "t2").start();
    }
}

JUC并发编程之AQS原理

测试不可重入的话,把注释都去掉

JUC并发编程之AQS原理

1.3 心得

起源

早期程序员会自己通过一种同步器去实现另一种相近的同步器,例如用可重入锁去实现信号量,或反之。这显然不 够优雅,于是在 JSR166(java 规范提案)中创建了 AQS,提供了这种通用的同步器机制。

目标

AQS 实现的功能目标

  • 阻塞版本获取锁 acquire 和 非阻塞的版本尝试获取锁 tryAcquire
  • 获取锁超时机制
  • 通过打断取消机制
  • 独占机制及共享机制
  • 条件不满足时的等待机制

设计

获取锁的逻辑

while(state 状态不允许获取) {
    if (队列中还没有此线程) {
    	入队并阻塞
    }
}
当前线程出队

释放锁的逻辑

if (state 状态允许了) {
	恢复阻塞的线程(s)
}

要点

  1. 原子维护 state 状态
  2. 阻塞及恢复线程
  3. 维护队列

1) state 设计

  • state 使用 volatile 配合 cas 保证其修改时的原子性
  • state 使用了 32 bit int 来维护同步状态,因为当时使用 long 在很多平台测试的结果并不理想

2)阻塞恢复设计

  • 早期的控制线程暂停和恢复的 api 有 suspend 和 resume,但它们是不可用的,因为如果先调用的 resume 那么 suspend 将感知不到
  • 解决方法是使用 park & unpark 来实现线程的暂停和恢复,先 unpark 再 park 也没问题
  • park & unpark 是针对线程的,而不是针对同步器,因此控制粒度更为精细
  • park 线程还可以通过 interrupt 打断

3)队列设计

  • 使用了 FIFO 先入先出队列,并不支持优先级队列
  • 设计时借鉴了 CLH 队列,它是一种单向无锁队列

JUC并发编程之AQS原理

队列中有 head 和 tail 两个指针节点,都用 volatile 修饰配合 cas 使用,每个节点有 state 维护节点状态

入队伪代码,只需要考虑 tail 赋值的原子性

do {
    // 原来的 tail
    Node prev = tail;
    // 用 cas 在原来 tail 的基础上改为 node
} while(tail.compareAndSet(prev, node))

出队伪代码

// prev 是上一个节点
while((Node prev=node.prev).state != 唤醒状态) {
}
// 设置头节点
head = node;

CLH 好处:

  • 无锁,使用自旋
  • 快速,无阻塞

AQS 在一些方面改进了 CLH

    private Node enq(final Node node) {
        for (;;) {
            Node t = tail;
            // 队列中还没有元素 tail 为 null
            if (t == null) { // Must initialize
                if (compareAndSetHead(new Node()))
                    tail = head;
            } else {
                // 将 node 的 prev 设置为原来的 tail
                node.prev = t;
                // 将 tail 从原来的 tail 设置为 node
                if (compareAndSetTail(t, node)) {
                    // 原来 tail 的 next 设置为 node
                    t.next = node;
                    return t;
                }
            }
        }
    }

AQS的并发工具类有

JUC并发编程之AQS原理文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-416965.html

到了这里,关于JUC并发编程之AQS原理的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容,请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章,希望大家以后多多支持TOY模板网!

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处: 如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请点击违法举报进行投诉反馈,一经查实,立即删除!

领支付宝红包 赞助服务器费用

相关文章

  • 【并发编程】JUC并发编程(彻底搞懂JUC)

    如果你对多线程没什么了解,那么从入门模块开始。 如果你已经入门了多线程(知道基础的线程创建、死锁、synchronized、lock等),那么从juc模块开始。 新手学技术、老手学体系,高手学格局。 JUC实际上就是我们对于jdk中java.util .concurrent 工具包的简称 ,其结构如下: 这个包

    2024年02月20日
    浏览(51)
  • java并发编程 AbstractQueuedSynchronizer(AQS)详解一

    AQS在类的注释上说的已经很明白,提供一个框架,用于实现依赖先进先出(FIFO)等待队列的阻塞锁和相关同步器(信号量、事件等)。此类被设计做为大多数类型的同步器的一个有用的基础类,这些同步器依赖于单个原子int值(state字段)来表示状态。 java 并发编程系列文章

    2024年02月10日
    浏览(45)
  • Java——并发编程(CAS、Lock和AQS)

    答: Lock 接口比同步方法和同步块提供了 更具扩展性的锁操作 。他们允许更灵活的结构,可以具有完全不同的性质,并且可以支持多个相关类的条件对象。 可以使锁更公平; 可以使线程在等待锁的时候响应中断; 可以让线程尝试获取锁,并在无法获取锁的时候立即返回或

    2024年02月06日
    浏览(55)
  • 深入源码解析 ReentrantLock、AQS:掌握 Java 并发编程关键技术

    🔭 嗨,您好 👋 我是 vnjohn,在互联网企业担任 Java 开发,CSDN 优质创作者 📖 推荐专栏:Spring、MySQL、Nacos、Java,后续其他专栏会持续优化更新迭代 🌲文章所在专栏:JUC 🤔 我当前正在学习微服务领域、云原生领域、消息中间件等架构、原理知识 💬 向我询问任何您想要的

    2024年02月11日
    浏览(51)
  • 并发编程-JUC-原子类

    JUC 整体概览 原子类 基本类型-使用原子的方式更新基本类型 AtomicInteger:整形原子类 AtomicLong:长整型原子类 AtomicBoolean :布尔型原子类 引用类型 AtomicReference:引用类型原子类 AtomicStampedReference:原子更新引用类型里的字段原子类 AtomicMarkableReference :原子更新带有标记位的引

    2024年02月21日
    浏览(41)
  • 第九章 JUC并发编程

    http://t.csdn.cn/UgzQi 使用 AQS加 Lock 接口实现简单的不可重入锁 早期程序员会自己通过一种同步器去实现另一种相近的同步器,例如用可重入锁去实现信号量,或反之。这显然不够优雅,于是在 JSR166(java 规范提案)中创建了 AQS,提供了这种通用的同步器机制。 AQS 要实现的功能

    2023年04月08日
    浏览(40)
  • JUC并发编程(二)

    JUC并发编程(续) 接上一篇笔记:https://blog.csdn.net/weixin_44780078/article/details/130694996 五、Java内存模型 JMM 即 Java Memory Model,它定义了主存、工作内存抽象概念,底层对应着CPU寄存器、缓存、硬件内存、CPU 指令优化等。 JMM 体现在以下几个方面: 原子性:保证指令不会受到线程

    2024年02月05日
    浏览(93)
  • 【JUC并发编程】

    本笔记内容为狂神说JUC并发编程部分 目录 一、什么是JUC 二、线程和进程 1、概述  2、并发、并行 3、线程有几个状态  4、wait/sleep 区别 三、Lock锁(重点)  四、生产者和消费者问题 五、八锁现象 六、集合类不安全  七、Callable ( 简单 ) 八、常用的辅助类(必会) 1、CountDown

    2024年02月09日
    浏览(40)
  • JUC并发编程之原子类

    目录 1. 什么是原子操作 1.1 原子类的作用 1.2 原子类的常见操作 原子类的使用注意事项 并发编程是现代计算机应用中不可或缺的一部分,而在并发编程中,处理共享资源的并发访问是一个重要的问题。为了避免多线程访问共享资源时出现竞态条件(Race Condition)等问题,J

    2024年02月13日
    浏览(50)
  • JUC 高并发编程基础篇

    • 1、什么是 JUC • 2、Lock 接口 • 3、线程间通信 • 4、集合的线程安全 • 5、多线程锁 • 6、Callable 接口 • 7、JUC 三大辅助类: CountDownLatch CyclicBarrier Semaphore • 8、读写锁: ReentrantReadWriteLock • 9、阻塞队列 • 10、ThreadPool 线程池 • 11、Fork/Join 框架 • 12、CompletableFuture 1 什么

    2024年02月07日
    浏览(52)

觉得文章有用就打赏一下文章作者

支付宝扫一扫打赏

博客赞助

微信扫一扫打赏

请作者喝杯咖啡吧~博客赞助

支付宝扫一扫领取红包,优惠每天领

二维码1

领取红包

二维码2

领红包