提供了一个基于FIFO队列,可以用于构建锁或者其他相关同步装置的基础框架。
该同步器(以下简称同步器) 利用了一个int来表示状态,期望它能够成为实现大部分同步需求的基础。使用的方法是继承,子类通过继承同步器并需要实现它的方法来管理其状态, 管理的方式就是通过类似acquire和release的方式来操纵状态。然而多线程环境中对状态的操纵必须确保原子性,因此子类对于状态的把握,需要使用这个同步器提供的以下三个方法对状态进行操作:
java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.getState() java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.setState(int) java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.compareAndSetState(int, int)
子类推荐被定义为自定义同步装置的内部类,同步器自身没有实现任何同步接口,它仅仅是定义了若干acquire之类的方法来供使用。该同步器即可以作为排他模式也可以作为共享模式,当它被定义为一个排他模式时,其他线程对其的获取就被阻止,而共享模式对于多个线程获取都可以成功。
同步器是实现锁的关键,利用同步器将锁的语义实现,然后在锁的实现中聚合同步器。可以这样理解:锁的API是面向使用者的,它定义了与锁交互的公共行为,而每个锁需要完成特定的操作也是透过这些行为来完成的(比如:可以允许两个线程进行加锁,排除两个以上的线程),但是实现是依托给同步器来完成;同步器面向的是线程访问和资源控制,它定义了线程对资源是否能够获取以及线程的排队等操作。锁和同步器很好的隔离了二者所需要关注的领域,严格意义上讲,同步器可以适用于除了锁以外的其他同步设施上(包括锁)。
同步器的开始提到了其实现依赖于一个FIFO队列,那么队列中的元素Node就是保存着线程引用和线程状态的容器,每个线程对同步器的访问,都可以看做是队列中的一个节点。Node的主要包含以下成员变量:
Node { int waitStatus; Node prev; Node next; Node nextWaiter; Thread thread; }
以上五个成员变量主要负责保存该节点的线程引用,同步等待队列(以下简称sync队列)的前驱和后继节点,同时也包括了同步状态。
节点成为sync队列和condition队列构建的基础,在同步器中就包含了sync队列。同步器拥有三个成员变量:sync队列的头结点head、sync队列的尾节点tail和状态state。对于锁的获取,请求形成节点,将其挂载在尾部,而锁资源的转移(释放再获取)是从头部开始向后进行。对于同步器维护的状态state,多个线程对其的获取将会产生一个链式的结构。
一个例子
在上述对同步器AbstractQueuedSynchronizer进行了实现层面的分析之后,我们通过一个例子来加深对同步器的理解:
设计一个同步工具,该工具在同一时刻,只能有两个线程能够并行访问,超过限制的其他线程进入阻塞状态。
对于这个需求,可以利用同步器完成一个这样的设定,定义一个初始状态,为2,一个线程进行获取那么减1,一个线程释放那么加1,状态正确的范围在[0,1,2]三个之间, 当在0时,代表再有新的线程对资源进行获取时只能进入阻塞状态(注意在任何时候进行状态变更的时候均需要以CAS作为原子性保障)。由于资源的数量多于1个,同时可以有两个线程占有资源,因此需要实现tryAcquireShared和tryReleaseShared方法,这里谢谢luoyuyou和同事小明指正,已经修改了实现。
public class TwinsLock implements Lock { private final Sync sync = new Sync(2); private static final class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer { private static final long serialVersionUID = -7889272986162341211L; Sync(int count) { if (count <= 0) { throw new IllegalArgumentException("count must large than zero."); } setState(count); } public int tryAcquireShared(int reduceCount) { for (;;) { int current = getState(); int newCount = current - reduceCount; if (newCount < 0 || compareAndSetState(current, newCount)) { return newCount; } } } public boolean tryReleaseShared(int returnCount) { for (;;) { int current = getState(); int newCount = current + returnCount; if (compareAndSetState(current, newCount)) { return true; } } } } public void lock() { sync.acquireShared(1); } public void lockInterruptibly() throws InterruptedException { sync.acquireSharedInterruptibly(1); } public boolean tryLock() { return sync.tryAcquireShared(1) >= 0; } public boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException { return sync.tryAcquireSharedNanos(1, unit.toNanos(time)); } public void unlock() { sync.releaseShared(1); } @Override public Condition newCondition() { return null; } }
测试
public class TwinsLockTest { @Test public void test() { final Lock lock = new TwinsLock(); class Worker extends Thread { public void run() { while (true) { lock.lock(); try { Thread.sleep(1000L); System.out.println(Thread.currentThread()); Thread.sleep(1000L); } catch (Exception ex) { } finally { lock.unlock(); } } } } for (int i = 0; i < 10; i++) { Worker w = new Worker(); w.start(); } new Thread() { public void run() { while (true) { try { Thread.sleep(200L); System.out.println(); } catch (Exception ex) { } } } }.start(); try { Thread.sleep(20000L); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }
转自: http://ifeve.com/introduce-abstractqueuedsynchronizer/