并发逻辑漏洞（并发基础之AQS）

目录

什么AQS

AQS原理

重点1：CLH队列​

重点2：state 状态

AQS 两种资源共享方式

1) Exclusive（独占）

2) Share（共享）

AQS 模板方法运用

补充知识CAS

CAS的优点

CAS的缺点

缺点解决办法

总结

什么AQS

AQS是位于java.util.concurrent.locks 包下的 AbstractQueuedSynchronizer类  
  
  
  
  
  
  ，是构建同步器和锁的基础框架  
  
  
  
  
  
  。我们可以通过继承AbstractQueuedSynchronizer 创建自己的同步器 
  
  
  
  
  
  
。比如我们常用的JUC并发包下面的CountDownLatch  
  
  
  
  
  
  、ReentrantLock 
  
  
  
  
  
  
、Semaphore等等都是源于AQS实现的并发工具类


 


 


 


 


 


 

。

AQS原理

核心思想是多个线程访问共享资源 
  
  
  
  
  
  
，如果一个线程发现共享资源没有被占用


 


 


 


 


 


 

，则将资源设定为锁定状态且当前线程设为占用线程 
 
 
 
 
 
 ，如果一个线程发现共享资源已经被占用  
   
   
   
   
   
   
，则需要等待占用线程释放资源

 

 

 

 

 

 
，当然当占用线程释放资源的时候AQS会通知其他等待线程进行资源抢占 
 
 
 
 
 
 。在AQS实际源码中是通过state 状态在标识资源是否占用
 

 

 

 

 

 

 ，通过CLH FIFO虚拟双向队列来实现将最近的等待线程放在队列末尾  
   
   
   
   
   
   
。

重点1：CLH队列

如图所示CLH是一个虚拟的双向队列             ，是通过state的值实现线程等待排序在队列末尾

 

 

 

 

 

 
。队列head 头部是当前资源占用工作线程
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 
，node1-node n 则是资源被锁定后等待的线程节点
 

 

 

 

 

 

 。在实际的资源占用过程中












，根据是否公平锁来确定是顺序占用资源和抢占式占用资源             。

重点2：state 状态

如上图所示                    ，线程获取资源是否被占用是通过获取 state 状态来实现
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 
。AQS源码已经给出获取


 


 


 


 


 


 

、设置 
 
 
 
 
 
 、通过CAS修改state 的方法












。此时我们可以理解为：

 1  
   
   
   
   
   
   
、线程获取state 发现为 0 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
，说明没有线程占用则占用该资源


















，并通过CAS将state 置为 1

2

 

 

 

 

 

 
、如果该线程有重入的情况则继续增加state 的值              ，重入几次就增加几次

3
 

 

 

 

 

 

 、线程出方法则需要释放state值
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
，也就是减少state

4             、当state值为0 的时候标识线程执行完毕解除占用












，此时AQS唤醒其他线程可以占用资源

AQS 两种资源共享方式

1) Exclusive（独占）

只有一个线程能执行  
  
  
  
  
  
  ，如 ReentrantLock                    。又可分为公平锁和非公平锁,ReentrantLock 同时支持两种锁
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
。根据ReentrantLock定义 
  
  
  
  
  
  
，我们可知公平锁是根据队列的等待顺序占用资源


 


 


 


 


 


 

，非公平锁是所有的等待线程抢占资源


















。

2) Share（共享）

运行多个线程对资源共享 
 
 
 
 
 
 ，比如JUC并发工具CountDownLatch
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 
、Semaphore等都是运行多个线程访问资源              。

AQS 模板方法运用

AQS内置很多的操作方法  
   
   
   
   
   
   
，比如获取锁 tryAcquire()












、释放锁 tryRelease()                    、超时获取tryAcquireNanos（）
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
、响应中断 acquireInterruptibly（）等操作方法

在实际的运用过程中

 

 

 

 

 

 
，我们可以直接继承AQS从而轻易的获取这些方法来实现我们的同步器
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
。

当前JUC下的并发工具类都是基于AQS来实现自己的功能的
 

 

 

 

 

 

 ，我们现在来鉴赏一下












。

比如可重入锁ReentrantLock             ，我们进入源码查看
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 
，ReentrantLock内部类继承AQS：

我们ReentrantLock超时获取锁/释放锁也都是调用AQS超时获取锁/释放锁的方法：

当然其他对资源状态和队列的操作方法都是基于AQS实现的












，对于JUC中其他的并发工具类也是如此                    ，都是基于AQS实现  
  
  
  
  
  
  。

补充知识CAS

CAS是Compare and Swap 的缩写
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
，也就是比较和替换


















，是JUC最核心最基础的理论 
  
  
  
  
  
  
。原理是基于三个数据 主存值V


















、线程副本值A              、需要修改为值B


 


 


 


 


 


 

。当且仅当主存值V等于线程副本值A的时候              ，才能将数据修改为B 
 
 
 
 
 
 。

CAS的优点

CAS是乐观锁
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
，且一直自旋等待锁












，所以性能很高  
   
   
   
   
   
   
。

CAS的缺点

ABA问题  
  
  
  
  
  
  ，如果我们先将值C修改为D,再修改为C 
  
  
  
  
  
  
，CAS会认为此数据没有修改

 

 

 

 

 

 
。

缺点解决办法

1
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
、加版本号

2












、JAVA JUC atomic下提供AtomicStampedReference包装类

总结

AQS是位于java.util.concurrent.locks 包下的 AbstractQueuedSynchronizer类


 


 


 


 


 


 

，是构建同步器和锁的基础框架
 

 

 

 

 

 

 。JAVA JUC并发包下的工具类都是基于AQS实现 
 
 
 
 
 
 ，其原理都是通过state状态来确定线程是否占用资源  
   
   
   
   
   
   
，未拿到锁的线程则放置在CLH虚拟双向队列末尾

 

 

 

 

 

 
，后续通过AQS通知抢占资源             。