AQS的并发编程模式

# 1. AQS简介

## 1.1 AQS概念及作用
在并发编程中，AQS（AbstractQueuedSynchronizer）是一个用于构建同步器的框架。它提供了一种实现阻塞锁和一些同步器的途径，例如，CountDownLatch、Semaphore等。AQS的主要作用是通过维护同步队列来实现同步状态的管理。

## 1.2 AQS的基本特点
- AQS是基于模板方法模式实现的，使用了相关的回调方法来完成同步状态的管理。
- AQS提供了两种形式的同步器：独占模式和共享模式，使得它可以适用于不同的并发场景。
- AQS内部使用了CAS操作来保证对同步状态的原子性操作。

## 1.3 AQS的底层实现原理
AQS的底层采用了一个FIFO双向队列来存储获取同步状态失败的线程，其基本原理是通过内置的原子操作维护同步状态和阻塞队列，从而实现线程的阻塞和唤醒。

# 2. AQS在并发编程中的应用

在并发编程中，AQS（AbstractQueuedSynchronizer）是一种强大的同步原语，它提供了一种基于锁的机制，可以用于实现各种并发控制组件。下面将深入探讨AQS在并发编程中的应用。

### 2.1 AQS的原子操作

AQS内部提供了一些原子操作方法，主要包括`compareAndSetState`、`acquire`和`release`。这些方法能够保证在多线程并发的情况下对共享资源的操作是原子性的，从而保证线程安全。

下面以Java为例，展示AQS的原子操作示例代码：

import java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer;

public class MySynchronizer extends AbstractQueuedSynchronizer {
    private static final long serialVersionUID = 1L;

    // 自定义同步状态
    private int state;

    public void setState(int state) {
        this.state = state;
    }

    public int getState() {
        return state;
    }

    @Override
    protected boolean tryAcquire(int arg) {
        return compareAndSetState(0, 1); // 尝试获取锁
    }

    @Override
    protected boolean tryRelease(int arg) {
        setState(0); // 释放锁
        return true;
    }
}

### 2.2 AQS的条件变量和等待队列

AQS除了支持基本的同步功能外，还提供了条件变量和等待队列的机制，这使得在某些情况下可以更灵活地控制线程的等待和唤醒。

让我们看一个简单的示例，演示条件变量和等待队列的使用：

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class ConditionExample {
    private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    private Condition condition = lock.newCondition();

    public void await() throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            condition.await(); // 线程等待
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public void signal() {
        lock.lock();
        try {
            condition.signal(); // 唤醒等待线程
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

### 2.3 AQS的应用场景

AQS在并发编程中有着广泛的应用场景，例如实现独占锁、共享锁、读写锁、信号量等。通过AQS，我们可以实现更高级别的并发控制机制，提高程序的性能和可靠性。

以上便是AQS在并发编程中的应用，通过深入理解AQS的原子操作、条件变量和等待队列以及应用场景，我们可以更好地利用AQS来实现复杂的并发控制逻辑。

# 3. AQS的实现原理

在本章中，我们将深入探讨AQS（AbstractQueuedSynchronizer）的实现原理，理解AQS的继承体系、核心方法以及共享模式和独占模式的实现细节。

#### 3.1 AQS的继承体系

AQS是Java并发包中的核心框架，它的实现主要依赖于模板方法模式。在AQS的继承体系中，主要包括以下两个关键类：

- `AbstractQueuedSynchronizer`：AQS的核心类，定义了同步器的基本框架和操作方法。其中包括对同步状态的操作、等待队列的管理以及线程的阻塞与唤醒等。

public abstract class AbstractQueuedSynchronizer extends AbstractOwnableSynchronizer implements Serializable {...}

- `AbstractOwnableSynchronizer`：实现了`ThreadLocal`相关的方法，用于记录当前同步器拥有独占式同步状态的线程。

public abstract class AbstractOwnableSynchronizer {...}

#### 3.2 AQS的核心方法

AQS的核心方法主要包括对同步状态的操作、线程的阻塞与唤醒等。其中，最为重要的方法包括：

- `getState()`：获取同步状态的值。
- `setState(int newState)`：设置同步状态的值。
- `compareAndSetState(int expe