Java 的 AQS

Java中的**AQS（AbstractQueuedSynchronizer）**是并发包java.util.concurrent的核心组件，用于构建锁和同步器的基础框架。许多并发工具（如ReentrantLock、Semaphore、CountDownLatch等）都基于AQS实现。

AQS 核心原理

1. 状态管理（State）
   通过volatile int state变量表示共享资源的状态（如锁的持有计数、信号量的许可数），通过CAS（Compare-And-Swap）操作保证原子性修改。
2. CLH队列（线程阻塞队列）
   使用一个FIFO双向队列（CLH锁的变体）管理等待线程。当线程获取资源失败时，会被封装为Node节点加入队列，通过自旋或阻塞等待唤醒。
3. 两种模式
   • 独占模式（Exclusive）：资源仅由一个线程持有（如ReentrantLock）。
   • 共享模式（Shared）：资源可被多个线程共享（如Semaphore）。

关键方法

子类需重写以下方法（模板方法模式）：

• 独占模式
  tryAcquire(int arg)：尝试获取资源。
  tryRelease(int arg)：尝试释放资源。
• 共享模式
  tryAcquireShared(int arg)：尝试获取共享资源。
  tryReleaseShared(int arg)：尝试释放共享资源。

AQS提供acquire()、release()等模板方法，内部调用上述子类方法，并处理线程排队与唤醒。

AQS 应用示例

以非重入锁为例：

public class NonReentrantLock implements Lock {
    private static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
        @Override
        protected boolean tryAcquire(int arg) {
            if (compareAndSetState(0, 1)) { // CAS尝试获取锁
                setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
                return true;
            }
            return false;
        }

        @Override
        protected boolean tryRelease(int arg) {
            if (getState() == 0) throw new IllegalMonitorStateException();
            setExclusiveOwnerThread(null);
            setState(0); // 释放锁
            return true;
        }
    }

    private final Sync sync = new Sync();

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

    @Override
    public void unlock() {
        sync.release(1);
    }
    // 其他方法省略...
}

AQS 节点状态

• CANCELLED (1)：线程因超时或中断放弃等待。
• SIGNAL (-1)：当前节点释放资源后需唤醒后继节点。
• CONDITION (-2)：节点在条件队列中等待。
• PROPAGATE (-3)：共享模式下唤醒需传播给后续节点。

优势与场景

• 灵活性：通过重写少量方法即可实现自定义同步器。
• 高效性：基于CAS和CLH队列减少竞争开销。
• 广泛应用：Java并发工具的核心基础。

学习AQS的意义：理解其原理是掌握Java并发编程的关键，尤其在高性能锁设计、线程调度优化等场景中至关重要。