這篇文章主要介紹“什么是AbstractQueuedSynchronizer”，在日常操作中，相信很多人在什么是AbstractQueuedSynchronizer問(wèn)題上存在疑惑，小編查閱了各式資料，整理出簡(jiǎn)單好用的操作方法，希望對(duì)大家解答”什么是AbstractQueuedSynchronizer”的疑惑有所幫助！接下來(lái)，請(qǐng)跟著小編一起來(lái)學(xué)習(xí)吧！
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在Java多線(xiàn)程編程中，重入鎖(ReentrantLock) 和信號(hào)量(Semaphore)是兩個(gè)極其重要的并發(fā)控制工具。相信大部分讀者都應(yīng)該比較熟悉它們的使用(如果不清楚的小伙伴，趕快拿出書(shū)本翻閱一下)。
但是不知道大家是不是有了解過(guò)重入鎖和信號(hào)量的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)? 我就帶大家看一看它們的具體實(shí)現(xiàn)。
首先，先上一張重要的類(lèi)圖，來(lái)說(shuō)明一下三者之間的關(guān)系：
可以看到， 重入鎖和信號(hào)量都在自己內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)AbstractQueuedSynchronizer的子類(lèi)，子類(lèi)的名字都是Sync。而這個(gè)Sync類(lèi)，也正是重入鎖和信號(hào)量的核心實(shí)現(xiàn)。子類(lèi)Sync中的代碼也比較少，其核心算法都由AbstractQueuedSynchronizer提供。因此，可以說(shuō)，只要大家了解了AbstractQueuedSynchronizer，就清楚得知道重入鎖和信號(hào)量的實(shí)現(xiàn)原理了。
在正是進(jìn)入AbstractQueuedSynchronizer之前，還有一些基礎(chǔ)知識(shí)需要大家了解，這樣才能更好的理解AbstractQueuedSynchronizer的實(shí)現(xiàn)。
為了控制多個(gè)線(xiàn)程訪(fǎng)問(wèn)共享資源 ，我們需要為每個(gè)訪(fǎng)問(wèn)共享區(qū)間的線(xiàn)程派發(fā)一個(gè)許可。拿到一個(gè)許可的線(xiàn)程才能進(jìn)入共享區(qū)間活動(dòng)。當(dāng)線(xiàn)程完成工作后，離開(kāi)共享區(qū)間時(shí)，必須要?dú)w還許可，以確保后續(xù)的線(xiàn)程可以正常取得許可。如果許可用完了，那么線(xiàn)程進(jìn)入共享區(qū)間時(shí)，就必須等待，這就是控制多線(xiàn)程并行的基本思想。
打個(gè)比方，一大群孩子去游樂(lè)場(chǎng)玩摩天輪，摩天輪上只能坐20個(gè)孩子。但是卻來(lái)了100個(gè)小孩。那么許可以的個(gè)數(shù)就是20。也就說(shuō)一次只有20個(gè)小孩可以上摩天輪玩，其他的孩子必須排隊(duì)等待。只有等摩天輪上的孩子離開(kāi)控制一個(gè)位置時(shí)，才能有其他小孩上去玩。
因此，使用許可控制線(xiàn)程行為和排隊(duì)玩摩天輪差不多就是一個(gè)意思了。
第二個(gè)重要的概念就是排他鎖(exclusive)和共享鎖(shared)。顧名思義，在排他模式上，只有一個(gè)線(xiàn)程可以訪(fǎng)問(wèn)共享變量，而共享模式則允許多個(gè)線(xiàn)程同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，重入鎖是排他的;信號(hào)量是共享的。
用摩天輪的話(huà)來(lái)說(shuō)，排他鎖就是雖然我這里有20個(gè)位置，但是小朋友也只能一個(gè)一個(gè)上哦，多出來(lái)的位置怎么辦呢，可以空著，也可以讓摩天輪上唯一的小孩換著做，他想坐哪兒就坐哪兒，1分鐘換個(gè)位置，都沒(méi)有關(guān)系。而共享鎖，就是玩耍摩天輪正常的打開(kāi)方式了。
LockSupport可以理解為一個(gè)工具類(lèi)。它的作用很簡(jiǎn)單，就是掛起和繼續(xù)執(zhí)行線(xiàn)程。它的常用的API如下：
public static void park() : 如果沒(méi)有可用許可，則掛起當(dāng)前線(xiàn)程
public static void unpark(Thread thread)：給thread一個(gè)可用的許可，讓它得以繼續(xù)執(zhí)行
因?yàn)閱卧~park的意思就是停車(chē)，因此這里park()函數(shù)就表示讓線(xiàn)程暫停。反之，unpark()則表示讓線(xiàn)程繼續(xù)執(zhí)行。
需要注意的是，LockSupport本身也是基于許可的實(shí)現(xiàn)，如何理解這句話(huà)呢，請(qǐng)看下面的代碼：
LockSupport.unpark(Thread.currentThread()); LockSupport.park();
大家可以猜一下，park()之后，當(dāng)前線(xiàn)程是停止，還是 可以繼續(xù)執(zhí)行呢?
答案是：可以繼續(xù)執(zhí)行。那是因?yàn)樵趐ark()之前，先執(zhí)行了unpark()，進(jìn)而釋放了一個(gè)許可，也就是說(shuō)當(dāng)前線(xiàn)程有一個(gè)可用的許可。而park()在有可用許可的情況下，是不會(huì)阻塞線(xiàn)程的。
綜上所述，park()和unpark()的執(zhí)行效果和它調(diào)用的先后順序沒(méi)有關(guān)系。這一點(diǎn)相當(dāng)重要，因?yàn)樵谝粋€(gè)多線(xiàn)程的環(huán)境中，我們往往很難保證函數(shù)調(diào)用的先后順序(都在不同的線(xiàn)程中并發(fā)執(zhí)行)，因此，這種基于許可的做法能夠最大限度保證程序不出錯(cuò)。
與park()和unpark()相比， 一個(gè)典型的反面教材就是Thread.resume()和Thread.suspend()。
看下面的代碼：
Thread.currentThread().resume(); Thread.currentThread().suspend();
首先讓線(xiàn)程繼續(xù)執(zhí)行，接著在掛起線(xiàn)程。這個(gè)寫(xiě)法和上面的park()的示例非常接近，但是運(yùn)行結(jié)果卻是截然不同的。在這里，當(dāng)前線(xiàn)程就是卡死。
因此，使用park()和unpark()才是我們的首選。而在AbstractQueuedSynchronizer中，也正是使用了LockSupport的park()和unpark()操作來(lái)控制線(xiàn)程的運(yùn)行狀態(tài)的。
好了，基礎(chǔ)的部分就介紹到這里。下面，讓我們切入正題：首先來(lái)看一下AbstractQueuedSynchronizer的內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
在AbstractQueuedSynchronizer內(nèi)部，有一個(gè)隊(duì)列，我們把它叫做同步等待隊(duì)列。它的作用是保存等待在這個(gè)鎖上的線(xiàn)程(由于lock()操作引起的等待)。此外，為了維護(hù)等待在條件變量上的等待線(xiàn)程，AbstractQueuedSynchronizer又需要再維護(hù)一個(gè)條件變量等待隊(duì)列，也就是那些由Condition.await()引起阻塞的線(xiàn)程。
由于一個(gè)重入鎖可以生成多個(gè)條件變量對(duì)象，因此，一個(gè)重入鎖就可能有多個(gè)條件變量等待隊(duì)列。實(shí)際上，每個(gè)條件變量對(duì)象內(nèi)部都維護(hù)了一個(gè)等待列表。其邏輯結(jié)構(gòu)如下所示：
下面的類(lèi)圖展示了代碼層面的具體實(shí)現(xiàn)：
可以看到，無(wú)論是同步等待隊(duì)列，還是條件變量等待隊(duì)列，都使用同一個(gè)Node類(lèi)作為鏈表的節(jié)點(diǎn)。對(duì)于同步等待隊(duì)列，Node中包括鏈表的上一個(gè)元素prev，下一個(gè)元素next和線(xiàn)程對(duì)象thread。對(duì)于條件變量等待隊(duì)列，還使用nextWaiter表示下一個(gè)等待在條件變量隊(duì)列中的節(jié)點(diǎn)。
Node節(jié)點(diǎn)另外一個(gè)重要的成員是waitStatus，它表示節(jié)點(diǎn)等待在隊(duì)列中的狀態(tài)：
CANCELLED：表示線(xiàn)程取消了等待。如果取得鎖的過(guò)程中發(fā)生了一些異常，則可能出現(xiàn)取消的情況，比如等待過(guò)程中出現(xiàn)了中斷異常或者出現(xiàn)了timeout。
SIGNAL：表示后續(xù)節(jié)點(diǎn)需要被喚醒。
CONDITION：線(xiàn)程等待在條件變量隊(duì)列中。
PROPAGATE：在共享模式下，無(wú)條件傳播releaseShared狀態(tài)。早期的JDK并沒(méi)有這個(gè)狀態(tài)，咋看之下，這個(gè)狀態(tài)是多余的。引入這個(gè)狀態(tài)是為了解決共享鎖并發(fā)釋放引起線(xiàn)程掛起的bug 6801020。(隨著JDK的不斷完善，它的代碼也越來(lái)越難懂了 :(，就和我們自己的工程代碼一樣，bug修多了，細(xì)節(jié)就顯得越來(lái)越晦澀)
0：初始狀態(tài)
其中CANCELLED=1，SIGNAL=-1，CONDITION=-2，PROPAGATE=-3 。在具體的實(shí)現(xiàn)中，就可以簡(jiǎn)單的通過(guò)waitStatus釋放小于等于0，來(lái)判斷是否是CANCELLED狀態(tài)。
了解了AbstractQueuedSynchronizer的基本實(shí)現(xiàn)思路和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，接下來(lái)一起看一下它的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)吧。首先，來(lái)看一下排他鎖的實(shí)現(xiàn)。重入鎖是一種 典型的排他鎖。
下面是排他鎖獲得請(qǐng)求許可的代碼：
重慶分公司
重慶分公司
public final void acquire(int arg) { //嘗試獲得許可， arg為許可的個(gè)數(shù)。對(duì)于重入鎖來(lái)說(shuō)，每次請(qǐng)求1個(gè)。 if (!tryAcquire(arg) && // 如果tryAcquire 失敗，則先使用addWaiter()將當(dāng)前線(xiàn)程加入同步等待隊(duì)列 // 然后繼續(xù)嘗試獲得鎖 acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)) selfInterrupt(); }進(jìn)入一步看一下tryAcquire()函數(shù)。該函數(shù)的作用是嘗試獲得一個(gè)許可。對(duì)于AbstractQueuedSynchronizer來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)未實(shí)現(xiàn)的抽象函數(shù)。
具體實(shí)現(xiàn)在子類(lèi)中。在重入鎖，讀寫(xiě)鎖，信號(hào)量等實(shí)現(xiàn)中， 都有各自的實(shí)現(xiàn)。
如果tryAcquire()成功，則acquire()直接返回成功。如果失敗，就用addWaiter()將當(dāng)前線(xiàn)程加入同步等待隊(duì)列。
接著， 對(duì)已經(jīng)在隊(duì)列中的線(xiàn)程請(qǐng)求鎖，使用acquireQueued()函數(shù)，從函數(shù)名字上可以看到，其參數(shù)node，必須是一個(gè)已經(jīng)在隊(duì)列中等待的節(jié)點(diǎn)。它的功能就是為已經(jīng)在隊(duì)列中的Node請(qǐng)求一個(gè)許可。
這個(gè)函數(shù)大家要好好看看，因?yàn)闊o(wú)論是普通的lock()方法，還是條件變量的await()都會(huì)使用這個(gè)方法。
如果調(diào)用Condition.await()，那么線(xiàn)程也會(huì)進(jìn)入等待，下面來(lái)看實(shí)現(xiàn)：
signal()通知的時(shí)候，是在條件等待隊(duì)列中，按照FIFO進(jìn)行，首先從第一個(gè)節(jié)點(diǎn)下手：
釋放排他鎖很簡(jiǎn)單
public final boolean release(int arg) { //tryRelease()是一個(gè)抽象方法，在子類(lèi)中有具體實(shí)現(xiàn)和tryAcquire()一樣 if (tryRelease(arg)) { Node h = head; if (h != null && h.waitStatus != 0) // 從隊(duì)列中喚醒一個(gè)等待中的線(xiàn)程（遇到CANCEL的直接跳過(guò)） unparkSuccessor(h); return true; } return false; }與排他鎖相比，共享鎖的實(shí)現(xiàn)略微復(fù)雜一點(diǎn)。這也很好理解。因?yàn)榕潘i的場(chǎng)景很簡(jiǎn)單，單進(jìn)單出，而共享鎖就不一樣了?？赡苁荖進(jìn)M出，處理起來(lái)要麻煩一些。但是，他們的核心思想還是一致的。共享鎖的幾個(gè)典型應(yīng)用有：信號(hào)量，讀寫(xiě)鎖中的寫(xiě)鎖。
為了實(shí)現(xiàn)共享鎖，在AbstractQueuedSynchronizer中，專(zhuān)門(mén)有一套針對(duì)共享鎖的方法。
獲得共享鎖使用acquireShared()方法：
釋放共享鎖的代碼如下：
public final boolean releaseShared(int arg) { //tryReleaseShared()嘗試釋放許可，這是一個(gè)抽象方法，需要在子類(lèi)中實(shí)現(xiàn) if (tryReleaseShared(arg)) { //上述代碼中已經(jīng)出現(xiàn)這個(gè)函數(shù)了，就是喚醒線(xiàn)程，設(shè)置傳播狀態(tài) doReleaseShared(); return true; } return false; }到此，關(guān)于“什么是AbstractQueuedSynchronizer”的學(xué)習(xí)就結(jié)束了，希望能夠解決大家的疑惑。理論與實(shí)踐的搭配能更好的幫助大家學(xué)習(xí)，快去試試吧！若想繼續(xù)學(xué)習(xí)更多相關(guān)知識(shí)，請(qǐng)繼續(xù)關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)網(wǎng)站，小編會(huì)繼續(xù)努力為大家?guī)?lái)更多實(shí)用的文章！
