AQS在Java并发框架中的应用如何体现？

# 1. AQS（AbstractQueuedSynchronizer）简介

## 1.1 AQS的作用和原理

AQS（AbstractQueuedSynchronizer）是Java中用于构建锁和同步器的框架。它提供了一种多线程同步的通用框架，可以用于实现独占锁和共享锁等各种同步器。AQS的核心思想是基于FIFO队列实现阻塞同步，通过一个volatile类型的int成员变量来表示同步状态，通过内置的队列实现依赖于CLH队列锁实现，同时可以构建一些非常强大的同步器。

AQS主要提供了一些核心的方法来支持自定义同步器的实现，包括获取同步状态、释放同步状态以及等待队列的管理等。

## 1.2 AQS的核心方法及实现

AQS包含两种类型的方法：独占方法和共享方法。独占方法比如acquire和release，用于独占式获取和释放同步状态；而共享方法比如acquireShared和releaseShared，用于共享式获取和释放同步状态。具体的实现细节涉及到内部FIFO队列的管理、同步状态的获取与释放等。

下面是一个简单的自定义同步器的实现示例，通过继承AQS，并实现tryAcquire和tryRelease方法来实现独占式同步器：

import java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer;

public class CustomSync extends AbstractQueuedSynchronizer {
    // 尝试获取独占式同步状态
    protected boolean tryAcquire(int arg) {
        // 实现获取同步状态的逻辑，比如基于CAS操作
        // 如果成功获取返回true，否则返回false
        // ...
    }
    // 尝试释放独占式同步状态
    protected boolean tryRelease(int arg) {
        // 实现释放同步状态的逻辑，比如基于CAS操作
        // ...
        return true;
    }
}

在这个示例中，我们通过继承AQS，并重写tryAcquire和tryRelease方法，实现了自定义的独占式同步器。这个同步器可以被用于构建各种基于独占锁的同步组件，比如ReentrantLock等。

这就是AQS的核心方法及实现的简单介绍，在后续的章节中，我们将深入探讨AQS在Java并发编程以及其它领域中的具体应用场景和实践。

# 2. AQS在Java并发编程中的应用

AQS（AbstractQueuedSynchronizer）是Java并发编程中的重要组件，它通过内置的FIFO队列实现了对共享资源的线程安全访问。在本章中，我们将深入探讨AQS在Java并发编程中的具体应用场景。

### 2.1 使用AQS实现自定义同步器

AQS提供了丰富的API和框架，允许开发人员基于AQS实现自定义的同步器。通过继承AQS并实现其中的抽象方法，可以构建各种各样的同步器，例如独占锁、共享锁、信号量等。

下面是一个使用AQS实现简单独占锁的示例代码（Java语言）：

import java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer;

class SimpleExclusiveLock {
    private static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
        protected boolean tryAcquire(int acquires) {
            if (compareAndSetState(0, 1)) {
                setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
                return true;
            }
            return false;
        }

        protected boolean tryRelease(int releases) {
            if (getState() == 0) throw new IllegalMonitorStateException();
            setExclusiveOwnerThread(null);
            setState(0);
            return true;
        }

        // 判断锁是否被占用
        protected boolean isLocked() {
            return isHeldExclusively();
        }
    }

    private final Sync sync = new Sync();

    public void lock() {
        sync.acquire(1);
    }

    public void unlock() {
        sync.release(1);
    }

    public boolean isLocked() {
        return sync.isLocked();
    }

    public static void main(String[] args) {
        SimpleExclusiveLock lock = new SimpleExclusiveLock();
        lock.lock();
        System.out.println("Is locked: " + lock.isLocked()); // 输出: Is locked: true
        lock.unlock();
        System.out.println("Is locked: " + lock.isLocked()); // 输出: Is locked: false
    }
}

在上面的示例中，我们实现了一个简单的独占锁，通过继承AQS并实现`tryAcquire`和`tryRelease`方法，实现了对共享资源的互斥访问。

### 2.2 AQS与ReentrantLock的关系

ReentrantLock是Java并发包中提供的可重入锁实现，其内部是基于AQS实现的。ReentrantLock提供了可重入特性，即线程可以多次获得同一把锁而不会被自己所阻塞。

下面是一个简单的ReentrantLock使用示例（Java语言）：

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

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

    public static void main(String[] args) {
        lock.lock();
        try {
            System.out.println("First lock");
            lock.lock();
            try {
                System.out.println("Nested lock");
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

在上面的示例中，我们展示了ReentrantLock的可重入特性，即线程可以重复获取锁而不会被自己所阻塞。

### 2.3 AQS在CountDownLatch和Semaphore中的应用

CountDownLatch和Semaphore都是Java并发包中基于AQS实现的同步工具。CountDownLatch可以让一个或多个线程等待其他线程完成操作，而Semaphore可以控制同时访问特定资源的线程数量。

下面是一个简单的CountDownLatch和Semaphore的使用示例（Java语言）：

import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.Semaphore;

public class SyncToolsExample {
    private static final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(2);
    private static final Semaphore semaphore = new Semaphore(2);

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thre