笔记-4、显式锁和AQS(1)1

《深入理解显式锁与AQS》 在Java并发编程中，锁机制是实现线程安全的重要手段。本文将详细探讨显式锁的概念，以及AbstractQueuedSynchronizer（AQS）的设计模式与使用方式。 让我们了解什么是显式锁。在Java中，synchronized关键字提供了隐式的锁机制，但其功能相对有限。为了提供更灵活的锁控制，Java引入了Lock接口，它是显式锁的代表，允许我们执行更复杂的操作，如中断锁获取、超时获取和尝试获取等。ReentrantLock是Lock接口的一个具体实现，它支持可重入性，即一个线程可以多次获取同一个锁，而不会导致死锁。 相比于synchronized，Lock接口提供了以下几个主要优势： 1. **中断支持**：Lock接口提供了`acquireInterruptibly()`方法，使得在获取锁的过程中可以响应中断。 2. **超时获取**：`tryLock(long timeout, TimeUnit unit)`方法允许我们在指定的时间内尝试获取锁，超时后会自动返回。 3. **尝试获取**：`tryLock()`方法尝试立即获取锁，如果无法立即获取则立即返回false，而不会阻塞线程。 4. **读写锁**：通过ReadWriteLock接口，我们可以实现读多写少的场景，多个读线程可以同时访问资源，而写线程会独占资源。 再来看AQS，全称为AbstractQueuedSynchronizer，它是Java并发包中一个强大的同步组件，主要用于构建锁和其他同步组件的基础框架。AQS的核心思想是基于一个整型的同步状态（state），并通过CAS操作来保证其更新的原子性。 AQS采用了模板方法设计模式，定义了同步状态获取和释放的一般框架，子类只需要实现`tryAcquire()`和`tryRelease()`等方法，即可实现具体的同步逻辑。对于独占式和共享式的获取与释放，AQS提供了以下模板方法： - 独占式获取：`acquire()`, `acquireInterruptibly()`, `tryAcquireNanos()` - 独占式释放：`release()` - 共享式获取：`acquireShared()`, `acquireSharedInterruptibly()`, `tryAcquireSharedNanos()` - 共享式释放：`releaseShared()` AQS内部维护了一个FIFO的双端队列，用于管理等待锁的线程。每个线程在尝试获取锁失败后会被包装为一个Node节点加入队列。Node节点有多种状态，如CANCELLED、SIGNAL、CONDITION和PROPAGATE，分别对应线程取消、等待信号、等待条件和状态传播等。 在同步状态的管理上，AQS通过`getState()`和`setState()`方法获取和设置同步状态，而`compareAndSetState()`方法则使用CAS（Compare And Swap）保证了状态更新的原子性，防止并发冲突。 此外，AQS还提供了一种条件（Condition）机制，它允许我们在特定条件下等待和通知线程，增强了线程间的通信能力。`LockSupport`工具类提供了`park()`和`unpark(Thread thread)`方法，用于线程的阻塞和唤醒，这些方法在AQS中起到了关键作用。 显式锁和AQS的出现极大地丰富了Java并发编程的能力，通过定制化同步策略，我们可以更好地应对复杂多变的并发场景。理解并熟练掌握AQS的工作原理和设计模式，将有助于我们编写出高效、安全的并发程序。