深度解析AQS中的共享式与独占式同步

# 1. AQS简介与工作原理

## AQS的概念和作用
AQS（AbstractQueuedSynchronizer）是Java并发包中提供的一个基于FIFO等待队列的同步器，它可以用来构建锁和其他同步工具的基础框架。AQS主要提供了对共享式同步和独占式同步的支持，通过内置的状态变量和队列等数据结构，实现了对并发访问资源的控制和管理。

## AQS在并发编程中的重要性
在多线程并发编程中，AQS作为Java并发包的核心之一，扮演着至关重要的角色。它为开发者提供了一种灵活而高效的同步机制，可以用来构建各种类型的同步器，如ReentrantLock、Semaphore、CountDownLatch等，并且可以支持公平和非公平的锁获取策略。

## AQS的工作原理及实现方式
AQS的核心思想是使用一个int类型的volatile变量state来表示同步状态，通过内置的FIFO等待队列来实现线程的阻塞和唤醒。当某个线程尝试获取锁或资源时，如果获取失败，则会将自己加入到等待队列中，然后自旋或者阻塞等待。当资源释放时，AQS会按照规定的信号量机制，唤醒适当的线程。

AQS提供了独占式同步和共享式同步两种抽象方法来供子类实现，从而实现具体的同步器。在实现独占式同步时，子类需要实现tryAcquire和tryRelease方法；在实现共享式同步时，子类需要实现tryAcquireShared和tryReleaseShared方法。通过这种方式，AQS实现了对不同同步方式的支持，并且为并发编程提供了可靠的基础设施。

# 2. AQS中的共享式同步

在并发编程中，共享式同步是指多个线程可以同时访问共享资源，并按照特定的规则进行共享。AQS（AbstractQueuedSynchronizer）是Java中实现同步的基础框架，它提供了对共享式同步和独占式同步的支持。本章将详细探讨AQS中的共享式同步。

#### 共享式同步的定义和特点

共享式同步是指多个线程可以同时访问一个资源或代码段，并且线程之间是可以互相传递某种状态或信息的。共享式同步通常用于多个线程需要同时读取某个资源的情况，比如读取共享变量或访问共享的数据结构。

在AQS中，共享式同步可以通过实现`tryAcquireShared(int arg)`和`tryReleaseShared(int arg)`方法来实现。其中，`tryAcquireShared(int arg)`用于获取共享资源的许可，而`tryReleaseShared(int arg)`用于释放共享资源的许可。通过这两个方法的实现，可以控制在何种情况下线程可以同时访问共享资源。

共享式同步的特点包括：

1. 允许多个线程同时访问共享资源。
2. 线程之间可以传递某种状态或信息。
3. 通常用于多线程读取共享变量或访问共享数据结构的情况。

#### AQS中如何实现共享式同步

AQS通过内部维护一个同步队列（Sync Queue）的方式来实现共享式的同步。同步队列中的每个节点代表一个等待线程，节点中保存了线程的状态信息和等待状态。AQS内部使用CAS（Compare and Swap）操作来维护同步队列的状态。

在AQS中，共享式同步是通过重写`tryAcquireShared(int arg)`和`tryReleaseShared(int arg)`方法来实现的。`tryAcquireShared(int arg)`方法用于获取共享资源的许可，返回值表示获取成功与否；`tryReleaseShared(int arg)`方法用于释放共享资源的许可。

具体的实现方式可以参考以下示例代码：

import java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer;

public class SharedLock extends AbstractQueuedSynchronizer {
    private static final int MAX_COUNT = 10;

    @Override
    protected int tryAcquireShared(int arg) {
        for (;;) {
            int currentCount = getState();
            int newCount = currentCount + arg;
            if (newCount > MAX_COUNT) {
                return -1; // 获取失败
            }
            if (compareAndSetState(currentCount, newCount)) {
                return 1; // 获取成功
            }
        }
    }

    @Override
    protected boolean tryReleaseShared(int arg) {
        for (;;) {
            int currentCount = getState();
            int newCount = currentCount - arg;
            if (newCount < 0) {
                return false; // 释放失败
            }
            if (compareAndSetState(currentCount, newCount)) {
                return true; // 释放成功
            }
        }
    }
}

上述代码中，我们定义了一个`SharedLock`类，继承自`AbstractQueuedSynchronizer`。其中，`tryAcquireShared(int arg)`方法用于获取共享资源的许可，限制了最大许可数为`MAX_COUNT`；`tryReleaseShared(int arg)`方法用于释放共享资源的许可。

#### 具体的共享式同步示例和应用场景

共享式同步有很多实际应用场景，比如读写锁（ReadWriteLock）、信号量（Semaphore）等。下面以信号量为例，演示共享式同步的使用。

import java.util.concurrent.Semaphore;

public class SharedSyncExample {
    private static Semaphore semaphore = new Semaphore(5); // 最多允许5个线程同时访问资源

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            Thread thread = new Thread(new Worker());
            thread.start();
        }
    }

    static class Worker implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            try {
                semaphore.acquire(); // 获取许可
                System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getId() + " is accessing resource.");
                Thread.sleep(1000); // 模拟访问资源
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                semaphore.release(); // 释放许可
                System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getId() + " has released resource.");
            }
        }
    }
}

在上述代码中，我们使用了`Semaphore`来实现