[Java併發]AQS的可重入性

Duancf發表於2024-10-03
JavaAQS

在Java中，AQS（AbstractQueuedSynchronizer，抽象佇列同步器）透過設計一個獨佔和共享的同步機制，提供了可重入鎖的實現。AQS 的可重入性主要依賴於它對執行緒狀態的跟蹤。具體來說，可重入性是指同一個執行緒在獲得鎖之後可以多次進入（加鎖多次），而不引發死鎖。這是透過一個“重入計數器”來實現的。

下面是AQS實現可重入性的核心機制：

1. 執行緒持有狀態（state）

AQS 使用一個 state 變數來表示鎖的持有狀態。在獨佔鎖（如 ReentrantLock）的情況下，state 變數記錄鎖被持有的次數。AQS 的設計允許同一個執行緒多次獲取鎖，每次獲取鎖時，state 變數會遞增，而每次釋放鎖時，state 變數會遞減，直到 state 變為 0 時，鎖才會真正釋放。

2. 當前持有鎖的執行緒

AQS 透過內部的一個執行緒引用 exclusiveOwnerThread 來跟蹤當前持有鎖的執行緒。當一個執行緒嘗試獲取鎖時，AQS 會檢查當前執行緒是否已經持有鎖（即 exclusiveOwnerThread == currentThread）。如果是同一個執行緒，則允許該執行緒再次獲取鎖，表示“可重入”。

3. 可重入的判斷過程

  • 當一個執行緒第一次獲取鎖時，AQS 會將 exclusiveOwnerThread 設定為該執行緒，並將 state 從 0 設定為 1。
  • 如果同一執行緒再次嘗試獲取鎖，AQS 看到 exclusiveOwnerThread 已經是當前執行緒，於是允許鎖的重入，並將 state 遞增。
  • 當執行緒釋放鎖時，AQS 會減少 state 的值。只有當 state 減為 0 時，AQS 才會將 exclusiveOwnerThread 置為 null，表示鎖已完全釋放。

4. 程式碼示例

以 ReentrantLock 為例，ReentrantLock 是基於 AQS 實現的可重入鎖：

class ReentrantLockExample {
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    public void performTask() {
        lock.lock(); // 第一次加鎖
        try {
            // 執行任務
            anotherMethod(); // 同一執行緒可以再次加鎖
        } finally {
            lock.unlock(); // 第一次解鎖
        }
    }

    public void anotherMethod() {
        lock.lock(); // 第二次加鎖
        try {
            // 執行其他任務
        } finally {
            lock.unlock(); // 第二次解鎖
        }
    }
}

在這個例子中，performTask 和 anotherMethod 都會加鎖，而由於是同一執行緒，所以 lock 會被允許多次加鎖。

5. 鎖的釋放

當執行緒多次加鎖時，每次加鎖都對應一次釋放。只有當釋放次數與加鎖次數相等時，鎖才會真正釋放，允許其他執行緒獲取。

總結

AQS 的可重入性主要是透過 state 變數和 exclusiveOwnerThread 來實現的。它透過跟蹤執行緒加鎖的次數以及鎖的當前擁有者，確保同一個執行緒可以多次進入鎖區域，而不會導致死鎖。這是 Java 中許多同步類（如 ReentrantLock）的基礎。

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