【java并发编程的艺术读书笔记】AQS队列同步器简介、实现自定义锁

AQS介绍

AQS（AbstractQueuedSynchronizer）是 Java 并发包（java.util.concurrent）中一个重要的基础类，用于实现同步器（Synchronizer）的框架。AQS 提供了一种基于 FIFO 等待队列的机制，使得开发者可以相对容易地实现各种自定义的同步组件，例如锁、信号量、倒计时门栓等。

AQS 主要是一个抽象类，它定义了一些基本的同步操作，而具体的同步逻辑需要子类继承并实现。AQS 内部维护了一个等待队列，用于管理等待获取同步状态的线程。

AQS 的核心思想是，通过维护一个 state 变量来表示同步状态，当 state 为 0 时表示没有线程占用资源，当 state 大于 0 时表示资源已经被占用。具体的同步操作如锁的获取（acquire）和释放（release）等都是基于这个 state 变量来实现的。

AQS 提供了两种模式来实现同步组件：独占模式（Exclusive mode）和共享模式（Shared mode）。

在独占模式下，只有一个线程可以获取同步状态，比如可重入锁（ReentrantLock）；
在共享模式下，多个线程可以同时获取同步状态，比如读写锁（ReentrantReadWriteLock）。

AQS的常用方法

getState()：获取当前同步状态。
setState(int newState)：设置当前同步状态。
compareAndSetState(int expect,int update)：使用CAS设置当前状态，该方法能够保证状态
设置的原子性。

继承AQS需要实现的方法

tryAcquire(int arg)：尝试获取同步状态，成功返回 true，否则返回 false。
tryRelease(int arg)：尝试释放同步状态。
tryAcquireShared(int arg)：尝试以共享模式获取同步状态，成功返回一个大于 0 的值，表示可用资源数量，失败返回小于 0 的值。
tryReleaseShared(int arg)：尝试以共享模式释放同步状态。

通过继承AQS来实现自定义锁

import java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer;

public class CustomLock {
    private final Sync sync = new Sync();

    public void lock() {
        sync.acquire(1);
    }

    public void unlock() {
        sync.release(1);
    }

    private static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
        @Override
        protected boolean tryAcquire(int arg) {
            if (compareAndSetState(0, 1)) {
                setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
                return true;
            }
            return false;
        }

        @Override
        protected boolean tryRelease(int arg) {
            if (getState() == 0) {
                throw new IllegalMonitorStateException("Lock not held");
            }
            setExclusiveOwnerThread(null);
            setState(0);
            return true;
        }

        @Override
        protected boolean isHeldExclusively() {
            return getState() == 1;
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        CustomLock customLock = new CustomLock();

        Runnable task = () -> {
            customLock.lock();
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " has acquired the lock.");
                Thread.sleep(1000); // Simulating some work
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                customLock.unlock();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " has released the lock.");
            }
        };

        Thread thread1 = new Thread(task);
        Thread thread2 = new Thread(task);

        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}