深入理解Java AQS：并发编程的利器-CFANZ编程社区

并发编程是现代软件开发中不可或缺的一部分，它帮助我们充分利用多核处理器的强大计算能力。Java作为一种多线程编程语言，提供了丰富的并发控制工具。在这些工具中，AbstractQueuedSynchronizer（简称AQS）是实现锁和其他同步器的核心框架。本文旨在介绍AQS的工作原理，并探讨如何利用它来实现自定义的同步器。

什么是AQS？

AQS是Java并发包java.util.concurrent的基础，它在JDK 1.5中被引入。AQS是一个用于构建锁和其他同步组件的框架，它通过一个先进先出（FIFO）的等待队列来管理线程的阻塞和唤醒。

AQS的核心思想是，它维护了一个状态变量来表示同步状态，并且提供了一系列的方法来操作这个状态。子类通过继承AQS并实现它的方法来管理它们的同步状态，这使得开发者能够以一种高效且线程安全的方式实现多种同步机制。

AQS如何工作？

AQS使用一个int类型的变量来表示同步状态，并提供了一系列的方法来获取和释放状态。当线程尝试获取同步状态而失败时，它会被加入到一个队列中，并在适当的时候被唤醒。AQS为它的子类提供以下核心方法：

acquire(int arg)：尝试获取资源，成功则直接返回，失败则进入等待队列。
tryAcquire(int arg)：尝试获取资源，由子类实现其具体逻辑。
release(int arg)：释放资源，将等待中的后继线程唤醒。
tryRelease(int arg)：尝试释放资源，由子类实现其具体逻辑。
acquireShared(int arg)：尝试获取共享资源。
tryAcquireShared(int arg)：尝试获取共享资源的逻辑实现。
releaseShared(int arg)：释放共享资源。

AQS的同步组件实例

AQS是实现锁和其他同步器的基础，许多并发工具都是基于AQS实现的，例如：

ReentrantLock：一个可重入的互斥锁。
CountDownLatch：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，用于限制可以访问某些资源的线程数量。
CyclicBarrier：允许一组线程互相等待，达到一个公共的障碍点（Barrier）。

自定义AQS同步器

要使用AQS实现自己的同步器，你需要：

确定同步状态的含义：你需要决定AQS维护的状态变量代表什么。
实现获取和释放同步状态的逻辑：你需要覆盖tryAcquire(int arg)、tryRelease(int arg)、tryAcquireShared(int arg)和tryReleaseShared(int arg)方法，根据你的同步逻辑来实现它们。
管理线程的阻塞和唤醒：使用AQS提供的方法，管理那些因为获取同步状态而失败的线程。

示例：实现一个简单的二元闭锁

让我们实现一个简单的二元闭锁，它的作用类似于CountDownLatch，但只能使用一次。

import java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer;

class BinaryLatch {
    private static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
        boolean isSignalled() {
            return getState() != 0;
        }

        protected int tryAcquireShared(int ignore) {
            return isSignalled() ? 1 : -1;
        }

        protected boolean tryReleaseShared(int ignore) {
            setState(1); // 状态设置为1表示闭锁开启
            return true; // 现在其他线程可以获取这个闭锁
        }
    }

    private final Sync sync = new Sync();

    public void signal() {
        sync.releaseShared(1);
    }

    public void await() throws InterruptedException {
        sync.acquireSharedInterruptibly(1);
    }
}

在这个例子中，状态变量表示闭锁是否开启。tryAcquireShared(int arg)方法检查闭锁是否开启，如果开启则允许共享获取；tryReleaseShared(int arg)方法将状态设置为1，表示闭锁已经开启。

结论

AQS是Java并发编程中的一个强大工具，它提供了一种高效的方式来处理多线程中的同步问题。了解和掌握AQS可以帮助你更好地理解Java的并发机制，并能够实现自定义的同步器来满足特定的需求。通过实践和探索AQS的不同用途，你将能够深入理解并发编程的内在原理，并提升你的Java编程技能。