AQS解析

AQS（AbstractQueuedSynchronizer）是Java并发包中的一个基础类，主要用于构建同步器和锁。以下是对AQS的详细解析：

一、AQS概述

• 全称：AbstractQueuedSynchronizer
• 作用：构建同步器和锁，是Java并发包（JUC）的基石。
• 特点：通过内置的FIFO（First In, First Out，先进先出）队列来完成资源获取线程的排队工作，并通过一个int类型的变量表示持有锁的状态。

二、基本原理

1. 状态标识（state）：

   • AQS使用一个volatile int成员变量来表示同步状态，通过CAS（Compare-And-Swap）操作实现对其值的修改，以保证线程安全。
   • volatile保证了状态变量的可见性，即当一个线程修改了状态变量后，其他线程能够立即看到修改后的值。

2. 队列机制：

   • AQS内部维护了一个CLH队列的变体，即一个虚拟的双向队列，用于存储等待获取资源的线程。
   • 当资源被占用时，新的请求线程会被加入到队列的尾部，并挂起等待；当资源被释放时，队列中的线程会按照先进先出的顺序被唤醒并尝试获取资源。

3. 独占与共享：

   • AQS支持两种资源的占有方式：独占式和共享式。
   • 独占式：资源只能被一个线程独占，如ReentrantLock。
   • 共享式：资源可以被多个线程同时占有，如Semaphore、CountDownLatch。

三、核心方法

AQS提供了多种方法供子类重写，以应对不同的同步需求：

1. 独占式方法：

   • tryAcquire(int arg)：尝试以独占方式获取资源，成功则返回true，失败则返回false。
   • tryRelease(int arg)：尝试以独占方式释放资源，成功则返回true，失败则返回false。
   • isHeldExclusively()：判断当前线程是否以独占方式持有锁。

2. 共享式方法：

   • tryAcquireShared(int arg)：尝试以共享方式获取资源，返回值大于等于0表示成功，否则表示失败。
   • tryReleaseShared(int arg)：尝试以共享方式释放资源，成功则返回true，失败则返回false。

四、应用实例

以ReentrantLock为例，其内部通过继承AQS并重写相关方法来实现锁的功能：

1. 加锁：

   • 当线程尝试加锁时，会调用AQS的acquire方法，该方法会先尝试通过tryAcquire方法获取锁。
   • 如果获取成功，则直接返回；如果失败，则将当前线程加入到等待队列中，并挂起等待。

2. 解锁：

   • 当线程执行完临界区代码后，会调用AQS的release方法释放锁。
   • release方法会调用tryRelease方法释放资源，并唤醒等待队列中的下一个线程。

五、总结

AQS是Java并发包中的一个核心类，通过维护一个状态变量和一个等待队列，实现了对同步资源的获取和释放。它支持独占式和共享式两种资源占有方式，并提供了多种方法供子类重写，以满足不同的同步需求。在Java并发编程中，AQS被广泛应用于构建各种同步器和锁，是并发编程的基石之一。