AQS抽象队列同步器

jwang2019-08-012026-01-23

AQS(AbstractQueuedSynchronizer），即队列同步器。它是构建锁或者其他同步组件的基础框架（如ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock、Semaphore等），JUC并发包的作者期望它能够成为实现大部分同步需求的基础。它是JUC并发包中的核心基础组件。

CLH队列锁

CLH队列锁即Craig, Landin, and Hagersten (CLH) locks。这是三个人的名字。同时它也是现在PC机内部对于锁的实现机制。Java中的AQS就是基于CLH队列锁的一种变体实现。

CLH 队列锁也是一种基于单向链表的可扩展、公平的自旋锁，申请线程仅仅在本地变量上自旋，它不断轮询前驱的状态，假设发现前驱释放了锁就结束自旋。

1）现在有一个队列，队列中的每一个QNode对应一个请求获取锁的线程，Qnode中包含两个属性，分别为myPred（前驱节点的引用）、locked（是否需要获取锁）

2）当多个线程要请求获取锁时，则会按照请求顺序放入队列中。同时将myPred指向前驱节点的引用。

3）线程会对自己的myPred进行不断自旋查询，查看前驱节点是否释放锁。一旦发现前驱节点释放锁（locked属性变为false），则其会马上进行锁的获取。

4）当后续节点获取到锁后，则将原有的前驱节点从队列中移除。

AQS的设计模式

AQS本身是一个抽象类，其主要使用方式是继承，子类通过继承AQS并实现其内部定义的抽象方法。

之前学习的ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock其内部其实都是基于AQS实现的。

此时结合源码和之前的学习可知，他们两个并没有直接继承AQS，而是在其内部扩展了静态内部类来继承AQS。这么做的原因，其思想就是通过区分使用者和实现者，来让使用者可以更加方便的完成对于锁的操作。

锁是面向使用者的，它定义了锁与使用者的交互实现方式，同时隐藏了实现细节。而AQS面向的是锁的实现者，其内部完成了锁的实现方式。从而通过区分锁和同步器让使用者和实现者能够更好的关注各自的领域。

AQS的实现思路

AQS的设计模式使用的是模版设计模式。通过源码可以看到，在AQS中其并没有对方法进行具体实现，这些方法都是需要开发者自行来实现的。

模版设计模式在开发中涉及的非常多，简单来说就是：在一个方法中定义一个流程的骨架，对于流程的具体实现让其在子类中完成。以Spring为例，其内部就大量应用到了模版设计模式，如JDBCTemplate、RedisTemplate、RabbitTemplate等等。

模版模式实现

//自定义模版抽象类
public abstract class AbstractCake {

    protected abstract void shape();
    protected abstract void apply();
    protected abstract void brake();

    /*模板方法*/
    public final void run(){
        this.shape();
        this.apply();
        this.brake();
    }
    

    protected boolean shouldApply(){
        return true;
    }
}

//自定义抽象实现类
public class CheeseCake  extends AbstractCake {

    @Override
    protected void shape() {
        System.out.println("芝士蛋糕造型");
    }

    @Override
    protected void apply() {
        System.out.println("芝士蛋糕涂抹");
    }

    @Override
    protected void brake() {
        System.out.println("芝士蛋糕烘焙");
    }
}

public class CreamCake extends AbstractCake {
    @Override
    protected void shape() {
        System.out.println("奶油蛋糕造型");
    }

    @Override
    protected void apply() {
        System.out.println("奶油蛋糕涂抹");
    }

    @Override
    protected void brake() {
        System.out.println("奶油蛋糕烘焙");
    }
}

//执行类
public class MakeCake {
    public static void main(String[] args) {
        AbstractCake cake1 = new CheeseCake();
        AbstractCake cake2 = new CreamCake();
        cake1.run();
        cake2.run();
    }
}