Java并发编程中的CAS原理及AQS（AbstractQueuedSynchronizer）的工作原理

  • 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：
  • 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


Java并发编程中的CAS原理及AQS（AbstractQueuedSynchronizer）的工作原理_Java

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：

  1. 检查内存中地址V的值是否等于预期值A；
  2. 如果相等，将地址V的值更新为新值B；
  3. 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。