深入理解AQS原理及应用

1. 什么是AQS？

AQS（AbstractQueuedSynchronizer）是Java中用于实现锁和同步器的抽象基类，位于java.util.concurrent.locks包。它是除了Java自带的synchronized关键字之外的锁机制，提供了一种强大而灵活的实现方式。

2. AQS的核心思想

AQS的核心思想是基于CLH队列实现的，其中CLH指的是Craig，Landin，和 Hagersten。它是一个虚拟的双向队列，不存在实际的队列实例，仅存在节点之间的关联关系。AQS通过维护一个volatile int state和一个FIFO线程等待队列来实现锁的分配。

3. AQS的工作原理

AQS将每一条请求共享资源的线程封装成一个CLH锁队列的节点（Node）。当请求共享资源时，AQS会判断资源是否空闲，如果空闲则将当前请求资源的线程设置为有效的工作线程，并将共享资源设置为锁定状态。如果资源被占用，AQS会将线程加入等待队列，等待被唤醒。

AQS通过CAS（Compare And Swap）操作来改变状态标识，成功则获取锁成功，失败则进入等待队列，等待被唤醒。需要注意的是，AQS是自旋锁，在等待唤醒的时候，会使用自旋的方式不断尝试获取锁，直到成功或被其他线程获取成功。

4. AQS的具体实现方式

AQS维护了volatile int state和一个FIFO线程等待队列。对于共享资源的访问，AQS定义了如下三种方法：

• getState(): 获取共享资源的状态。
• setState(): 设置共享资源的状态。
• compareAndSetState(): 使用CAS操作设置共享资源的状态。

AQS定义了两种资源共享方式：

1. Exclusive（独占）： 只有一个线程能执行，例如ReentrantLock。
2. Share（共享）： 多个线程可以同时执行，例如Semaphore、CountDownLatch、ReadWriteLock、CyclicBarrier。

不同的自定义同步器争用共享资源的方式也不同。

5. 示例代码

下面通过一个简单的示例代码演示AQS的应用，我们以ReentrantLock为例：

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

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

    public static void main(String[] args) {
        // 使用ReentrantLock保护共享资源
        new Thread(AQSExample::accessSharedResource).start();
        new Thread(AQSExample::accessSharedResource).start();
    }

    private static void accessSharedResource() {
        lock.lock(); // 获取锁
        try {
            // 访问共享资源
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is accessing the shared resource.");
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock(); // 释放锁
        }
    }
}

6. 总结及选择

AQS为Java提供了一种灵活而强大的实现锁和同步器的机制。通过深入理解AQS的原理和工作方式，我们能更好地选择和应用不同的同步机制来满足具体的应用需求。