AQS如何实现公平锁和非公平锁？

# 1. AQS简介

## AQS的概念和作用
AQS（AbstractQueuedSynchronizer）是Java并发包中的一个重要组件，用于实现同步器（如锁、信号量等）的基础框架。它通过实现一种队列同步器的抽象类，为具体的同步器提供了基于FIFO等待队列的线程管理机制。

## AQS的基本特性
AQS具有以下基本特性：
- 等待队列：AQS维护了一个等待队列，用于存放因同步状态不满足而需要阻塞的线程。
- 独占模式：AQS支持独占式和共享式两种模式的同步器实现，分别用于实现独占锁和共享锁。
- 条件变量：AQS提供了条件变量的支持，使得等待线程可以在满足特定条件时被唤醒。
- CAS操作：AQS使用CAS（Compare And Swap）操作来实现高效的线程安全操作。

## AQS在Java并发包中的应用
AQS在Java并发包中得到了广泛的应用，其中最为著名的包括ReentrantLock、Semaphore、CountDownLatch等同步器。这些同步器都是基于AQS框架进行实现的，通过AQS提供的机制来管理线程的竞争和等待，实现了对共享资源的安全访问和控制。

# 2. 公平锁和非公平锁的区别

在并发编程中，公平锁和非公平锁的设计决定了线程获取锁的顺序，从而影响了系统的公平性和性能。下面我们将深入讨论公平锁和非公平锁的区别，包括其定义、实现机制、调度策略以及对系统性能的影响。

### 公平锁和非公平锁的定义
- **公平锁**：公平锁指的是按照线程请求锁的顺序来获取锁，即先到先得的原则。在公平锁的实现中，线程会按照先来后到的顺序进入队列，等待获取锁资源。
- **非公平锁**：非公平锁允许多个线程同时竞争锁，并且不保证按照请求的顺序获取锁。在非公平锁的实现中，如果锁处于可用状态，新来的线程有可能在当前持有锁的线程释放锁后立即获取到锁资源。

### 两者之间的实现机制和调度策略
- **公平锁的实现机制**：公平锁通常基于先进先出（FIFO）的队列，新来的线程会排队等待锁的释放，确保所有线程都有机会获取锁资源。
- **非公平锁的实现机制**：非公平锁允许获取锁的线程根据条件来直接尝试获取锁，这样可以减少上下文切换的开销，提高系统的吞吐量。

### 公平性对系统性能的影响
- **公平锁的影响**：公平锁会保证所有等待锁的线程都能逐个获得锁资源，从而保证系统的公平性。但在高并发场景下，可能会导致线程频繁地从阻塞状态切换到运行状态，增加了系统的开销，降低了系统的吞吐量。
- **非公平锁的影响**：非公平锁允许新来的线程直接竞争锁资源，避免了线程频繁地阻塞和唤醒的开销，从而提高了系统的吞吐量。但是有可能会导致某些线程长时间无法获取锁，造成不公平现象。

通过对公平锁和非公平锁的定义、实现机制以及影响进行深入分析，我们可以更好地理解两者之间的区别，以及在实际应用中如何选择合适的锁类型来平衡公平性和性能。接下来，我们将进一步探讨AQS中的竞争机制，以及公平锁和非公平锁在AQS中的具体实现原理。

# 3. AQS中的竞争机制
AQS作为Java并发包中的核心组件，其竞争机制是实现公平锁和非公平锁的关键。在本章节中，我们将深入探讨AQS如何实现线程的等待队列、等待队列中的线程调度逻辑，以及公平锁和非公平锁在等待队列中的行为差异。

#### AQS如何实现线程的等待队列
AQS内部使用了一个FIFO（先进先出）的双端队列来管理等待在同步状态下的线程。在AQS中，等待队列是通过内置的同步器方法来操作的，例如`enq`用于将线程加入队列，`addWaiter`用于创建新的等待节点等。等待队列中的每个节点都表示一个等待状态的线程，节点中包含了线程的引用和等待状态等信息。

下面是AQS中等待队列的简化部分示意图：

Head
  ↓
Node1  →  Node2  →  Node3  →  ...  →  Tail

#### 等待队列中的线程调度逻辑
当一个线程不能获取同步状态时，它会被加入到等待队列中，此时会发生线程的阻塞。当同步状态被释放时（比如释放锁或者信号量增加等），AQS会从等待队列中唤醒一个或多个线程，具体的唤醒逻辑由`ac