【编程底层思考】详解Java的JUC多线程并发编程底层组件AQS的作用及原理

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Java中的AbstractQueuedSynchronizer（简称AQS）是位于java.util.concurrent.locks包中的一个核心组件，用于构建锁和其他同步器。AQS为实现依赖于FIFO（先进先出）等待队列的阻塞锁和相关同步器提供了一套高效、可扩展的框架。

一、AQS的作用

统一同步状态管理：AQS提供了一个int类型的成员变量state，用于表示同步状态。子类可以根据自己的需要来定义这个状态的含义。
线程阻塞与唤醒机制：AQS管理着一个FIFO的等待队列，当一个线程获取同步状态失败时，它可以被构造为在队列中等待，并且可以被后续成功的线程唤醒。
模板方法模式：AQS定义了一系列模板方法，如tryAcquire、tryRelease、tryAcquireShared等，子类需要根据具体同步器的语义来实现这些方法。
支持多种同步器：AQS可以用于实现不同类型的同步器，如互斥锁（ReentrantLock）、计数信号量（Semaphore）、读写锁（ReadWriteLock）等。

二、AQS的原理

同步状态：AQS使用一个整型变量state来表示同步状态，子类可以定义该状态的含义。
等待队列：AQS内部使用一个双向链表来作为等待队列，所有获取同步状态失败的线程都会被包装成节点（Node）并加入到队列中。
独占模式：当线程尝试以独占模式获取同步状态时，如果state为0（表示没有其他线程占用），则获取成功并将其设置为1；如果state不为0，则线程会被构造为节点并加入等待队列。
共享模式：在共享模式下，多个线程可以同时获取同步状态，AQS通过tryAcquireShared方法来实现。线程尝试获取状态时，如果state足够大（表示还有剩余的共享权限），则线程可以成功获取状态并将其减少；如果不足，则线程会被加入等待队列。
模板方法：AQS定义了多个模板方法，如tryAcquire、tryRelease、tryAcquireShared、tryReleaseShared等，这些方法需要由子类实现具体的同步逻辑。
条件变量：AQS本身不直接支持条件变量，但可以通过ConditionObject实现，它是AQS的一部分，允许在持有锁的同时创建条件队列。
唤醒机制：AQS使用CAS（Compare-And-Swap）操作来修改state的值，当一个线程释放了同步状态后，它会尝试唤醒等待队列中的第一个线程（如果存在）。
公平性与非公平性：AQS允许子类实现公平性或非公平性锁。公平性锁会按照线程请求锁的顺序来分配锁，而非公平性锁则可能让新请求的线程抢占锁。