java并发编程 10：AQS

什么是AQS

juc包的结构如下图：

AQS就是AbstractQueuedSynchronizer，是个抽象类，实现了自己的一些方法。它是阻塞式锁和相关的同步器工具的框架。很多并发类都是基于它实现的，如：ReentrantLock、CountDownLatch、Semaphore、ReadWriteLock，CyclicBarrier。

AQS的设计是基于模板方法模式的，也就是说，使用者需要继承同步器并重写指定的方法，随后将同步器组合在自定义同步组件的实现中，并调用同步器提供的模板方法，而这些模板方法将会调用使用者重写的方法，这样就大大降低了实现一个可靠自定义同步组件的门槛。

子类主要实现以下抽象方法：

• tryAcquire：独占方式获取锁
• tryRelease：独占方式释放锁
• tryAcquireShared：共享方式获取锁
• tryReleaseShared：共享方式释放锁
• isHeldExclusively：该线程是否正在独占资源

原理

1. 状态管理

AQS内部通过一个整型变量来表示同步状态，用于标识资源是否被占用或者线程是否可以获取资源。通常情况下，状态为0表示资源未被占用，大于0表示资源已被占用，小于0表示资源已被占用且有等待线程。

2. 队列管理

AQS使用一个FIFO队列来管理等待获取资源的线程。AQS提供了一些方法（如enq、addWaiter和unparkSuccessor）来操作队列。

当前线程获取同步状态失败时，同步器会将当前线程以及等待状态等信息构造成为一个节点（Node）并将其加入同步队列，同时会阻塞当前线程，当同步状态释放时，会把首节点中的线程唤醒，使其再次尝试获取同步状态。节点（Node）用来保存获取同步状态失败的线程引用、等待状态以及前驱和后继节点。同步队列的基本结构如图所示：

3. acquire方法

acquire方法是AQS的核心方法之一，用于实现线程对资源的获取。当线程调用acquire方法时，AQS首先会通过尝试CAS（Compare and Set）操作来竞争资源。如果成功获取资源，则线程可以继续执行；否则，线程将被加入到等待队列中，进入阻塞状态，直到资源被释放。

4. release方法

   release方法是AQS的另一个核心方法，用于实现线程对资源的释放。当线程调用release方法时，AQS会先将同步状态更新为0，然后尝试唤醒等待队列中的其他线程，使它们有机会重新竞争资源。

5. 共享模式和独占模式

   AQS支持两种同步模式：独占模式和共享模式。独占模式表示同一时间只能有一个线程持有资源，而共享模式则允许多个线程同时持有资源。AQS提供了对应的acquire和release方法来支持这两种模式，并且可以在不同的同步器中灵活地选择使用。