以不可阻挡的势头，揭秘JUC系列学习：AbstractQueuedSynchronizer同步器框架及相关实现类

同步器框架：一种构建同步组件的强大机制

什么是同步器框架？

在并发编程的世界中，同步至关重要，确保多个线程协调访问共享资源，避免混乱和数据损坏。同步器框架是Java并发编程中一个不可或缺的组件，它为构建同步组件提供了通用机制，例如互斥锁、读写锁、条件变量和阻塞队列。

AbstractQueuedSynchronizer (AQS)：同步器框架的核心

AQS是同步器框架的核心类，它提供了管理线程访问共享资源的通用机制。它使用队列来管理等待获取锁的线程，并在锁释放时公平或非公平地分配锁。

公平锁与非公平锁

公平锁确保线程获取锁的顺序与它们进入队列的顺序一致，而非公平锁则不提供这种保证。公平锁更公平，但性能可能较低，因为线程必须等待前面的所有线程都释放锁。非公平锁性能更高，但不公平，因为一个线程可能会饿死，无法获取锁。

读写锁：提高并发性

读写锁允许多个线程同时读写数据，但只有一个线程可以同时写数据。这提高了并发性，但可能导致写饥饿，即写线程必须等待所有读线程都释放锁才能写数据。

条件变量：灵活的线程协作

条件变量允许线程在特定条件满足时被唤醒。这提供了线程之间灵活的协作机制，但可能导致线程死锁，因此需要小心使用。

阻塞队列：高效的线程通信

阻塞队列是一种线程安全的队列，允许线程在队列为空时阻塞，并在队列非空时被唤醒。这提高了线程之间的通信效率，但可能导致线程死锁。

何时使用同步器框架？

同步器框架提供了构建同步组件的强大工具，包括互斥锁、读写锁、条件变量和阻塞队列。根据具体场景，可以根据公平性、性能、并发性和灵活性等因素选择最合适的组件。

代码示例

// 使用 AQS 实现一个简单的互斥锁
private static class SimpleMutex {
    private final AQS aqs = new AQS();

    public void lock() {
        aqs.acquire();
    }

    public void unlock() {
        aqs.release();
    }
}

// 使用 AQS 实现一个读写锁
private static class SimpleReadWriteLock {
    private final AQS aqs = new AQS();
    private int readers = 0;

    public void readLock() {
        aqs.acquireShared();
        readers++;
    }

    public void readUnlock() {
        readers--;
        aqs.releaseShared();
    }

    public void writeLock() {
        aqs.acquireExclusive();
    }

    public void writeUnlock() {
        aqs.releaseExclusive();
    }
}

常见问题解答

• 什么是锁饥饿和写饥饿？
  锁饥饿发生在一个线程等待获取锁时，即使有其他线程释放了锁。写饥饿发生在一个写线程等待写入数据时，即使有读线程释放了锁。
• 如何避免线程死锁？
  仔细使用条件变量并避免循环等待。
• 何时使用公平锁？何时使用非公平锁？
  如果公平性至关重要，使用公平锁。如果性能更重要，使用非公平锁。
• 何时使用读写锁？
  如果读操作远多于写操作，使用读写锁。
• 何时使用阻塞队列？
  如果需要高效的线程间通信，使用阻塞队列。

结论

同步器框架是构建同步组件的强大机制，提供了灵活性和可扩展性。通过理解AQS的工作原理和不同类型的同步组件，开发人员可以构建健壮且高效的并发应用程序。