Java并发编程中的CAS原理及AQS(AbstractQueuedSynchronizer)的工作原理
CAS(Compare and Swap,比较并交换)是一种并发编程中常用的原子操作。它是一种乐观锁的实现方式,用于实现非阻塞算法。CAS原理是通过比较内存中的值与预期值,如果相等则将新值写入内存,否则不做任何操作。
CAS的基本思想是由CPU提供的原子指令,可以保证对内存中的值进行原子操作,避免了使用锁的开销。CAS操作通常包括三个操作数,即内存地址V,旧的预期值A和新的值B,它的执行过程如下:
- 检查内存中地址V的值是否等于预期值A;
- 如果相等,将地址V的值更新为新值B;
- 如果不相等,说明其他线程已经修改了地址V的值,当前线程继续尝试。
AQS(AbstractQueuedSynchronizer)是Java并发包中的一个用于构建同步器的框架。AQS的工作原理是通过一个FIFO队列(即等待队列)来管理线程的排队和阻塞。AQS包含两种模式:独占模式和共享模式。
在独占模式下,AQS可以实现独占锁(如ReentrantLock)和一些阻塞队列(如Semaphore)等同步器。在共享模式下,AQS可以实现共享锁(如CountDownLatch)和一些线程池(如ThreadPoolExecutor)等同步器。
AQS的核心数据结构是一个双向链表,每个节点代表一个线程。当一个线程需要获取同步器的锁时,它会以节点的形式插入到等待队列的末尾。当锁被释放时,AQS会从等待队列中选择一个节点(通常是队头节点)唤醒并允许其获取锁。
AQS在实现同步器时,可以通过重写一些方法来控制线程的排队和阻塞
如:
- tryAcquire()和tryRelease()方法:用于尝试获取和释放同步器的状态,可以通过CAS操作来实现原子更新。
- shouldParkAfterFailedAcquire()方法:用于判断线程是否需要阻塞。
- unparkSuccessor()方法:用于唤醒等待队列中的下一个节点。
通过AQS,Java并发包可以提供各种同步器和线程安全的工具,例如ReentrantLock、CountDownLatch、Semaphore等。这些同步器都是基于AQS的工作原理来实现的,并且可以方便地扩展和定制。