1. AQS概述
在Java并发编程中，同步问题是不可避免的。Java提供了多种同步工具来帮助解决这些问题，其中AbstractQueuedSynchronizer（AQS）是一个重要的概念。
AQS是Java并发包中的一个基础框架，用于实现同步器。它为我们提供了一组原子操作，可以方便地构建各种类型的同步器，如锁和信号量。AQS的设计核心是在一个等待队列中管理线程的状态和行为，以实现线程间的协调。
2. 独占锁和共享锁
AQS中的同步器可以分为两种基本类型：独占锁和共享锁。独占锁允许只有一个线程持有锁，如ReentrantLock，而共享锁允许多个线程同时持有锁，如Semaphore。
在AQS中，通过维护一个状态变量来表示锁的状态，可以使用CAS（Compare-and-Swap）操作来进行状态的原子性更新。这使得AQS可以实现高效的线程等待和唤醒机制，从而实现线程同步。
3. AQS的核心方法
AQS的核心方法是acquire和release。acquire方法用于获取锁，release方法用于释放锁。这些方法是AQS实现的模板方法，具体的实现由子类提供。
使用这些核心方法，AQS可以构建不同类型的同步器。子类可以根据自己的需求覆盖这些方法，以实现特定的同步逻辑。
4. AQS的等待队列
AQS的一个重要特性是等待队列，用于管理等待锁的线程。等待队列采用FIFO（First-In-First-Out）的顺序，保证等待时间最长的线程先获得锁。
在等待队列中，线程会被封装成一个等待节点（Node）。AQS使用CAS操作来实现线程的入队和出队操作，保证了并发情况下的线程安全。
5. AQS的应用场景
AQS在Java标准库中有广泛的应用，例如ReentrantLock、Semaphore、CountDownLatch等。这些工具都是基于AQS实现的，提供了不同类型的同步和并发控制。
另外，通过继承AQS，我们可以实现自定义的同步器。这在一些特定场景下非常有用，可以根据需求实现自己的同步逻辑。
6. 实现自定义同步器
6.1 自定义互斥锁（Mutex）
首先，让我们来实现一个最简单的自定义同步器：互斥锁。互斥锁是一种独占锁，同一时刻只允许一个线程持有。我们将在这个示例中展示如何通过继承AQS来创建一个互斥锁。
javaCopy code
import java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer;
class Mutex extends AbstractQueuedSynchronizer {
protected boolean tryAcquire(int arg) {
return compareAndSetState(0, 1);
}
protected boolean tryRelease(int arg) {
return compareAndSetState(1, 0);
}
}
public class CustomMutexExample {
public static void main(String[] args) {
Mutex mutex = new Mutex();
// 使用互斥锁保护临界区
mutex.acquire();
try {
// 临界区代码
System.out.println("Critical section protected by Mutex");
} finally {
mutex.release();
}
}
}
在这个示例中，我们首先定义了一个名为Mutex的类，它继承了AQS。我们覆盖了tryAcquire和tryRelease方法，使用CAS操作来实现获取锁和释放锁的逻辑。tryAcquire方法尝试将状态从0（未锁定）变为1（已锁定），而tryRelease方法则将状态还原为0。
在CustomMutexExample中，我们创建了一个Mutex实例，使用该互斥锁来保护临界区的代码。通过acquire方法获取锁，执行临界区代码，然后使用release方法释放锁。
6.2 自定义同步器的更多复杂示例
自定义同步器不仅仅局限于互斥锁，你可以根据实际需求实现更加复杂的同步机制。例如，你可以实现一个带有条件等待和通知的同步器，类似于Condition接口的功能。你也可以创建一种特殊的共享锁，或者实现一种特定的并发控制机制。
无论何种情况，通过继承AQS并实现其方法，你都可以创造出适应你特定需求的同步器。
6.3 注意事项
在实现自定义同步器时，务必谨慎处理各种可能的情况，确保线程安全性和正确性。仔细阅读AQS的文档和相关资料，深入理解其内部机制，以避免潜在的错误和问题。
