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AQS (AbstractQueuedSynchronizer) 概述

AQS，即 AbstractQueuedSynchronizer，是Java并发包中的一个核心组件，它为实现依赖于先进先出 (FIFO) 等待队列的阻塞锁和相关的同步器（如信号量、事件等）提供了一个框架。

核心概念

AQS 使用一个整型的 volatile 变量（称为 state）来表示同步状态，并通过内置的 FIFO 队列来管理那些阻塞在同步状态上的线程。

状态（State）

AQS 中的 state 变量是用来表示同步状态的。例如，在一个独占锁的实现中，state 可能表示锁的占用情况（0 表示未锁定，1 表示锁定）。

节点（Node）和队列

当线程尝试获取同步状态失败时，AQS 会将该线程包装成一个节点（Node）并将其加入到队列中。这个队列是一个双向链表，用于实现等待队列。

AQS 的主要方法

AQS 定义了一系列的方法，这些方法可以被同步器实现以提供其独特的同步逻辑。

独占模式

• boolean tryAcquire(int arg)：尝试获取资源，成功则返回 true，失败则返回 false。
• boolean tryRelease(int arg)：尝试释放资源，成功则返回 true，失败则返回 false。

共享模式

• int tryAcquireShared(int arg)：尝试获取资源。返回值大于等于0表示成功；小于0表示失败。
• boolean tryReleaseShared(int arg)：尝试释放资源，成功则返回 true，失败则返回 false。

模板方法

• void acquire(int arg)：调用 tryAcquire，并在失败时将线程加入队列，可能会阻塞。

• void release(int arg)：调用 tryRelease 并唤醒等待中的线程。

• void acquireShared(int arg)：调用 tryAcquireShared，并在失败时将线程加入队列，可能会阻塞。

• void releaseShared(int arg)：调用 tryReleaseShared 并唤醒等待中的线程。

AQS 的重要性

AQS 的设计极大地简化了同步控制的实现，许多并发工具类都是基于 AQS 构建的，例如：

• ReentrantLock：一个可重入的互斥锁。
• CountDownLatch：一个允许一个或多个线程等待一系列指定操作的完成。
• Semaphore：一个计数信号量。
• FutureTask：一个可取消的异步计算。

AQS 的使用示例

以下是一个简化的 AQS 使用示例，展示了如何实现一个独占锁：

class Mutex extends AbstractQueuedSynchronizer {
    // 尝试获取锁
    protected boolean tryAcquire(int acquires) {
        assert acquires == 1; // Otherwise unused
        if (compareAndSetState(0, 1)) {
            setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
            return true;
        }
        return false;
    }

    // 尝试释放锁
    protected boolean tryRelease(int releases) {
        assert releases == 1; // Otherwise unused
        if (getState() == 0) throw new IllegalMonitorStateException();
        setExclusiveOwnerThread(null);
        setState(0);
        return true;
    }

    // 是否锁定状态
    public boolean isLocked() {
        return getState() != 0;
    }
}

在这个示例中，tryAcquire 方法检查 state 是否为0，如果是，则尝试将其设置为1，如果设置成功，则表示获取了锁。tryRelease 方法将 state 设置回0，并清除独占线程。

AQS 提供的模板方法 acquire 和 release 会调用这些方法，并在必要时进行线程的排队和唤醒。

总结

AQS 是 Java 并发编程中的一个重要组件，它通过内部的同步状态、等待队列和模板方法，为构建锁和其他同步器提供了强大的基础。理解和掌握 AQS 对于深入学习 Java 并发编程至关重要。