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在多线程编程中，同步机制是确保线程安全的重要手段。Java提供了多种同步工具，如ReentrantLock、CountDownLatch、Semaphore等，这些工具的背后都依赖于一个强大的框架——AbstractQueuedSynchronizer（简称AQS）。AQS是Java并发包中的核心组件，它为构建锁和其他同步器提供了基础框架。本文将深入探讨AQS的架构、原理及其在Java并发编程中的应用。
AbstractQueuedSynchronizer（AQS）是Java并发包中的一个抽象类，它为实现依赖于先进先出（FIFO）等待队列的阻塞锁和相关同步器（如信号量、事件等）提供了一个框架。AQS通过维护一个同步状态（state）和一个等待队列（CLH队列）来实现线程的阻塞与唤醒。
AQS的核心思想是通过一个int类型的同步状态（state）来表示资源的可用性，并通过一个FIFO队列来管理等待获取资源的线程。AQS提供了两种模式：独占模式（Exclusive）和共享模式（Shared），分别用于实现独占锁和共享锁。
AQS广泛应用于Java并发包中的各种同步工具，如ReentrantLock、CountDownLatch、Semaphore、CyclicBarrier等。这些工具通过继承AQS并实现其抽象方法，来实现特定的同步需求。
同步状态是AQS的核心组件之一，它是一个int类型的变量，用于表示资源的可用性。AQS通过getState()、setState(int newState)和compareAndSetState(int expect, int update)等方法来操作同步状态。
AQS通过一个FIFO队列来管理等待获取资源的线程。这个队列是一个双向链表，每个节点代表一个等待线程。AQS通过enq(Node node)和addWaiter(Node mode)等方法来管理等待队列。
AQS提供了两种模式：独占模式和共享模式。独占模式用于实现独占锁，即同一时刻只有一个线程可以获取锁；共享模式用于实现共享锁，即同一时刻可以有多个线程获取锁。
AQS通过acquire(int arg)和release(int arg)等方法来获取和释放同步状态。在独占模式下，acquire(int arg)方法会尝试获取同步状态，如果获取失败，则会将当前线程加入等待队列并阻塞；release(int arg)方法会释放同步状态并唤醒等待队列中的线程。
AQS通过enq(Node node)和addWaiter(Node mode)等方法来管理等待队列。enq(Node node)方法用于将节点插入队列尾部，addWaiter(Node mode)方法用于将当前线程包装成节点并插入队列。
AQS通过tryAcquire(int arg)和tryRelease(int arg)等抽象方法来实现独占模式，通过tryAcquireShared(int arg)和tryReleaseShared(int arg)等抽象方法来实现共享模式。子类需要实现这些方法来定义具体的同步逻辑。
AQS的类结构主要包括以下几个部分：
Node：表示等待队列中的节点，每个节点包含一个线程引用和等待状态。state：同步状态，用于表示资源的可用性。head和tail：等待队列的头节点和尾节点。acquire(int arg)：尝试获取同步状态，如果获取失败，则将当前线程加入等待队列并阻塞。release(int arg)：释放同步状态并唤醒等待队列中的线程。enq(Node node)：将节点插入队列尾部。addWaiter(Node mode)：将当前线程包装成节点并插入队列。AQS的源码中使用了模板方法模式，通过定义抽象方法（如tryAcquire(int arg)）来让子类实现具体的同步逻辑，而AQS本身则负责管理同步状态和等待队列。
ReentrantLock是AQS的一个典型应用，它通过继承AQS并实现tryAcquire(int arg)和tryRelease(int arg)方法来实现可重入锁。
CountDownLatch是AQS的另一个典型应用，它通过继承AQS并实现tryAcquireShared(int arg)和tryReleaseShared(int arg)方法来实现倒计时门闩。
Semaphore是AQS的一个应用，它通过继承AQS并实现tryAcquireShared(int arg)和tryReleaseShared(int arg)方法来实现信号量。
CyclicBarrier是AQS的一个应用，它通过继承AQS并实现tryAcquireShared(int arg)和tryReleaseShared(int arg)方法来实现循环屏障。
AQS在获取同步状态时，会先进行自旋尝试，如果自旋失败，则会将线程阻塞。这种自旋与阻塞的结合可以提高性能。
AQS支持公平锁和非公平锁。公平锁会按照线程的等待顺序来获取锁，而非公平锁则允许插队。非公平锁的性能通常优于公平锁。
AQS在阻塞线程时会处理线程中断，如果线程在等待过程中被中断，AQS会抛出InterruptedException并唤醒线程。
通过继承AQS并实现其抽象方法，可以自定义同步器。自定义同步器可以实现特定的同步需求，如读写锁、条件变量等。
AQS的扩展应用场景包括分布式锁、限流器、任务调度器等。通过扩展AQS，可以实现更复杂的同步需求。
死锁是多线程编程中的常见问题，AQS通过合理的锁获取顺序和超时机制来避免死锁。
线程饥饿是指某些线程长时间无法获取资源，AQS通过公平锁和非公平锁的结合来缓解线程饥饿问题。
AQS通过自旋与阻塞的结合、锁的公平性与非公平性的选择等策略来优化性能，避免性能瓶颈。
AbstractQueuedSynchronizer（AQS）是Java并发包中的核心组件，它为构建锁和其他同步器提供了基础框架。AQS通过维护一个同步状态和一个等待队列来实现线程的阻塞与唤醒，并提供了独占模式和共享模式来满足不同的同步需求。通过深入理解AQS的架构和原理，可以更好地掌握Java并发编程中的同步机制，并能够自定义同步器以满足特定的需求。
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