AQS

从ReentrantLock的实现看AQS的原理及应用

AQS是一种提供了原子式管理同步状态、阻塞和唤醒线程功能以及队列模型的简单框架。

组成

1. 共享资源状态维护state。

   • AQS使用一个volatile修饰的 int 成员变量来表示同步状态，这个状态可以反映锁的当前持有情况。

     例如，当状态为 0 时表示无锁状态，而当状态为非零时表示有锁被占用。

2. FIFO 队列实现线程排队。

   AQS维护了一个FIFO（先入先出）的双向队列，用于管理等待获取锁的线程，当一个线程尝试获取锁但失败时，它会进入这个队列并阻塞，直到锁被释放。

   

3. CAS操作实现同步状态修改。

   AQS使用 compareAndSetState 方法进行原子操作来修改同步状态，这个方法通过循环CAS操作来确保对状态变量的更新，如果更新成功，则表示操作成功，否则会重新尝试。

   AQS使用一个Volatile的int类型的成员变量来表示同步状态，通过内置的FIFO队列来完成资源获取的排队工作，通过CAS完成对State值的修改。

AQS应用

1. 独占锁和共享锁模式

   AQS支持独占锁和共享锁两种模式，独占锁模式下，每次只有一个线程可以获取锁，而共享锁模式下，允许多个线程同时获取锁。

2. 条件队列和信号量

   AQS还支持条件队列和信号量等同步机制，这些机制允许线程在等待某些条件（如锁被释放）时阻塞，并在满足条件时被唤醒

JUC中的应用场景

除了上边 ReentrantLock 的可重入性的应用，AQS 作为并发编程的框架，为很多其他同步工具提供了良好的解决方案。下面列出了JUC中的几种同步工具，大体介绍一下AQS的应用场景：

同步工具	同步工具与AQS的关联
ReentrantLock	使用AQS保存锁重复持有的次数。当一个线程获取锁时，ReentrantLock记录当前获得锁的线程标识，用于检测是否重复获取，以及错误线程试图解锁操作时异常情况的处理。
Semaphore	使用AQS同步状态来保存信号量的当前计数。tryRelease会增加计数，acquireShared会减少计数。
CountDownLatch	使用AQS同步状态来表示计数。计数为0时，所有的Acquire操作（CountDownLatch的await方法）才可以通过。
ReentrantReadWriteLock	使用AQS同步状态中的16位保存写锁持有的次数，剩下的16位用于保存读锁的持有次数。
ThreadPoolExecutor	Worker利用AQS同步状态实现对独占线程变量的设置（tryAcquire和tryRelease）。

自定义同步器在实现时只需要实现共享资源 state 的获取与释放方式即可，至于具体线程等待队列的维护（如获取资源失败入队/唤醒出队等），AQS已经在顶层实现好了。