AQS（AbstractQueuedSynchronizer） 是 Java 并发包（java.util.concurrent）中的一个抽象类，它是用来构建锁（Lock）和同步器（Synchronizer）框架的基础。AQS 提供了一套通用的机制，用于实现依赖于队列的并发控制结构，比如常见的锁、信号量、倒计时器等。AQS 是许多并发工具的核心，如 ReentrantLock、Semaphore、CountDownLatch、CyclicBarrier 等，都是基于 AQS 来实现的。
AQS 的基本原理
AQS 的设计核心是一个基于 FIFO（First-In-First-Out）等待队列的同步器。它通过一个volatile 变量 state 来表示同步状态，并使用一种模板化的方法，让子类去实现具体的同步语义。
AQS 内部维护了一个双向链表，表示多个线程在争抢资源时的等待队列。线程获取资源失败时，会进入队列进行等待，直到资源可用被唤醒。
AQS 的主要功能
AQS 提供了两种主要的锁获取模式：
- 独占模式（Exclusive Mode） ：
在独占模式下，只有一个线程可以成功获取锁，其他线程必须等待。例如，ReentrantLock使用的就是独占模式。
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- 如果当前线程可以获取锁（资源状态），则成功获取；
- 如果不能，则线程会被挂起并加入等待队列，直到资源可用。
- 共享模式（Shared Mode） ：
在共享模式下，多个线程可以同时获取资源。常见的例子是CountDownLatch，多个线程可以共享某些资源。
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- 一次可以有多个线程成功获取资源。
AQS 的关键组件
- 同步状态（state） ：
AQS 使用state变量来表示资源的状态，比如锁是否被持有，或计数器的值。state是一个int类型的 volatile 变量，AQS 提供了一些原子操作来操作它（如getState()、setState()和compareAndSetState()）。 - 等待队列（Wait Queue） ：
AQS 通过内部的 FIFO 队列来管理线程的等待。当一个线程无法获取资源时，它会被封装成一个Node对象，加入到队列中，等待资源可用时再被唤醒。 - 独占和共享模式：
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- 在独占模式下，一个线程成功获取资源后，其他线程必须等待。
- 在共享模式下，多个线程可以同时成功获取资源。
- 锁的获取和释放：
AQS 定义了acquire()和release()方法，分别用于获取和释放资源。在获取资源失败时，线程会被阻塞并进入等待队列，而当资源被释放时，会从队列中唤醒等待的线程。
AQS 的主要方法
- acquire(int arg) ：独占模式下，线程试图获取锁。如果失败，线程进入等待队列。
- release(int arg) ：独占模式下，线程释放锁并唤醒等待队列中的线程。
- acquireShared(int arg) ：共享模式下，线程获取共享锁，成功时返回一个非负数。
- releaseShared(int arg) ：共享模式下，线程释放锁并唤醒等待线程。
- tryAcquire(int arg) ：独占模式下，尝试获取锁，需子类实现。
- tryRelease(int arg) ：独占模式下，尝试释放锁，需子类实现。
- tryAcquireShared(int arg) ：共享模式下，尝试获取共享锁，需子类实现。
- tryReleaseShared(int arg) ：共享模式下，尝试释放共享锁，需子类实现。
AQS 的使用场景
ReentrantLock：可重入锁，基于 AQS 实现的独占模式。Semaphore：信号量，基于 AQS 实现的共享模式。CountDownLatch：基于 AQS 实现的共享模式，线程等待计数器归零。CyclicBarrier：基于 AQS 实现的可重复屏障机制。ReentrantReadWriteLock：读写锁，其中读锁是共享模式，写锁是独占模式。
AQS 工作流程
- 当线程尝试获取锁时，调用
acquire()方法，该方法内部调用tryAcquire()，如果返回true，表示获取成功，否则线程会被加入等待队列。 - 如果锁被释放，调用
release()方法，该方法会更新state并唤醒队列中的等待线程。 - 等待的线程在合适的时候被唤醒，重新尝试获取锁。
最后总结
AQS 提供了一种通用的同步机制，使得开发人员能够方便地实现自定义的锁和同步器。通过将复杂的同步控制逻辑（如锁的竞争和管理）封装在 AQS 内部，开发者可以专注于实现高层次的业务逻辑，从而减少开发难度和提升代码质量。
