AQS原理在Java中的具体应用场景

# 1. 简介

## 1.1 什么是AQS

在Java中，AQS（AbstractQueuedSynchronizer）是并发包（java.util.concurrent）中的一个重要组件，它提供了一种实现同步器（synchronizer）的框架，并且在Java并发编程中扮演着重要角色。AQS是一个用于构建锁和同步器的基础框架，它以一种高效且可扩展的方式管理同步状态。

AQS内部通过一个FIFO的双向队列（CLH队列）来管理等待资源的线程，操纵队列的节点是用来表示等待线程的独立对象，这些节点是线程控制的基本单位。同时，AQS提供了独占模式和共享模式两种不同的同步方式，允许多个线程同时访问或者只允许一个线程访问特定资源，以满足不同场景下的具体需求。

## 1.2 AQS的设计思想

AQS的设计思想是将同步器的实现核心逻辑封装在框架中，通过继承AQS并重写其中的方法，来实现具体的同步器。AQS提供了接口供不同的实现类选择性重写，例如`tryAcquire`和`tryRelease`等方法，使得具体同步器能够依据不同的需求去实现自己的加锁和释放锁的过程，这种设计模式被称为模板方法模式。

AQS的设计使得整个框架具有高度的灵活性和可扩展性，通过在方法中使用模板方法模式，将不同的实现细节延迟到子类中去实现，以适应不同的同步需求。这种方式在并发包中的很多同步器（如ReentrantLock、Semaphore、CountDownLatch等）的实现中得到了广泛应用。

接下来，我们将详细探讨AQS在Java中的具体应用场景。

# 2. AQS的核心原理

AQS（AbstractQueuedSynchronizer）是Java并发包中锁和同步器的基础框架，它通过内置的FIFO队列来管理获取资源的线程。AQS的核心原理包括共享模式和独占模式以及重写tryAcquire和tryRelease方法。

#### 2.1 共享模式和独占模式

AQS支持两种同步方式：独占模式和共享模式。独占模式在同一时刻只允许一个线程获取同步状态，而共享模式可以允许多个线程同时获取同步状态。这种设计使得AQS可以支持ReentrantLock、Semaphore等独占锁，也可以支持CountDownLatch、ReadWriteLock等共享锁。

#### 2.2 重写tryAcquire和tryRelease方法

AQS中的同步状态是通过内置的volatile变量来进行管理的。在使用AQS时，需要重写tryAcquire和tryRelease方法来进行同步状态的获取和释放。tryAcquire尝试获取同步状态，成功则返回true，否则返回false；tryRelease则尝试释放同步状态。

// 以ReentrantLock为例，示例代码如下
protected boolean tryAcquire(int arg) {
    final Thread current = Thread.currentThread();
    int c = getState();
    if (c == 0) {
        if (compareAndSetState(0, arg)) {
            setExclusiveOwnerThread(current);
            return true;
        }
    }
    // 省略部分代码
}

protected boolean tryRelease(int arg) {
    int c = getState() - arg;
    if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread()) {
        throw new IllegalMonitorStateException();
    }
    boolean free = false;
    if (c == 0) {
        setExclusiveOwnerThread(null);
        free = true;
    }
    // 省略部分代码
    return free;
}

通过重写tryAcquire和tryRelease方法，我们可以灵活地实现不同类型的同步器，满足各种应用场景的需求。

在接下来的章节中，我们将更详细地探讨AQS在Java并发包中的具体应用。

# 3. AQS在并发包中的具体应用

在Java并发编程中，AQS被广泛应用于各种并发包中，如ReentrantLock、Semaphore、CountDownLatch等，在下面的内容中，我们将会详细介绍AQS在这些并发包中的具体应用。

#### 3.1 ReentrantLock的实现

ReentrantLock是常用的可重入锁，它的实现就是基于AQS的，通过AQS来实现锁的获取与释放。我们可以看一下ReentrantLock的代码实现：

import java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer;

public class ReentrantLock {
    // AQS实例
    private final Sync sync;

    // 构造函数
    public ReentrantLock() {
        sync = new Sync();
    }

    // 锁的获取
    public void lock() {
        sync.acquire(1);
    }

    // 锁的释放
    public void unlock() {
        sync.release(1);
    }

    // AQS内部实现
    static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
        // ...
    }
}

在ReentrantLock中，AQS的具体实现被封装在Sync内部类中，lock()和unlock()方法实际上是调用了AQS的acquire()和release()方法来实现锁的获取与释放。

#### 3.2 Semaphore的实现

Semaphore是一种控制并发访问资源的同步工具，它也是基于AQS实现的。让我们来看一下Semaphore的简单实现：

import java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer;

public class Semaphore {
    // AQS实例
    private final Sync sync;

    // 构造函数
    public Semaphore(int permits) {
        sync = new Sync(permits);
    }

    // 获取许可
    public void acquire() throws InterruptedException {
        sync.acquireShared(1);
    }

    // 释放许可
    public void release() {
        sync.releaseShared(1);
    }