AQS（Abstract Queue Synchronizer）是 Java 提供的一种用于构建同步工具的框架，它是 java.util.concurrent 包中的一个抽象类，许多同步器（如 ReentrantLock、CountDownLatch、Semaphore 等）都基于 AQS 实现。AQS 提供了一个简单的机制来管理线程的获取与释放同步资源的过程。

AQS 的核心概念

AQS 主要通过维护一个 FIFO 队列（双向队列）来管理请求访问同步资源的线程。AQS 使用 共享锁 和 独占锁 的模型来对线程的访问进行控制。

1. 同步队列（Sync Queue）

AQS 内部有一个 FIFO 等待队列，用于存放正在等待资源的线程。当线程无法获得锁时，它会被加入到该队列，直到获得资源。

2. 共享锁和独占锁

• 独占锁：一次只能有一个线程获取锁，其他线程需要等待（例如 ReentrantLock）。
• 共享锁：多个线程可以共享锁，但仍需满足一些条件（例如 Semaphore，可以允许多个线程同时访问资源）。

3. 状态变量（State）

AQS 使用一个 状态变量 来表示同步状态。这个状态变量通常用于标识当前锁是否被占用，或资源的剩余量等。同步状态是 AQS 的核心，线程可以通过 getState() 和 setState() 方法来获取和更新状态。

• 对于 独占锁，状态一般表示锁是否被占用，0 表示未占用，1 表示已占用。
• 对于 共享锁，状态可以表示当前可用的资源数量，0 表示无可用资源，正数表示剩余的可用资源数量。

AQS 的核心方法

AQS 提供了若干核心方法来进行同步控制，线程通过这些方法来请求资源、释放资源或等待。常见的方法有：

• acquire()：尝试获取锁。如果锁已经被其他线程占用，当前线程就会被挂起，直到获取到锁。
• release()：释放锁，并唤醒等待队列中的线程。
• tryAcquire()：尝试获取锁，如果获取不到就返回 false。
• tryRelease()：尝试释放锁。
• hasQueuedThreads()：判断是否有线程在等待获取锁。
• addWaiter()：将当前线程添加到等待队列中。
• isHeldExclusively()：判断当前锁是否被当前线程独占。

AQS 的工作原理

1. 线程获取锁：

   • 当一个线程调用 acquire() 或类似方法请求锁时，它会先尝试更新状态（如尝试获取锁）。
   • 如果成功，线程就能独占资源。如果失败，线程就会被加入到同步队列中，并进入等待状态，直到有资源可用。

2. 线程释放锁：

   • 释放锁时，线程会通过 release() 方法更新状态并唤醒队列中的其他线程，使得其他等待的线程有机会获取资源。

3. 队列管理：

   • 等待队列中的线程根据 AQS 提供的队列管理机制，以先进先出（FIFO）的顺序来获取锁。

AQS 的应用

AQS 是许多 Java 并发工具的基础，它简化了同步器的实现。例如：

• ReentrantLock：通过 AQS 提供的独占锁机制实现了可重入锁的功能。
• CountDownLatch：基于 AQS 的共享锁机制实现了线程间的计数器，允许一个线程等待其他线程执行完毕。
• Semaphore：通过 AQS 提供的共享锁机制实现了一个限制并发的信号量。
• CyclicBarrier：通过 AQS 实现的一个可以循环使用的屏障，允许一组线程互相等待，直到达到某个条件。