Java并发编程实战：AQS框架解析与应用

概念介绍

在Java并发编程中，AbstractQueuedSynchronizer（AQS）是一个用于构建锁和同步器的框架。AQS的设计使得它可以支持多种同步器实现，如ReentrantLock、Semaphore等。通过AQS，我们能够更简洁和高效地管理线程之间的同步。

基础知识

AQS利用了一个FIFO队列来管理获取锁的线程，并通过一个int类型的状态（state）来表示锁的状态。其核心原理是利用CAS操作确保线程安全，同时减少锁竞争带来的性能开销。

AQS的两种模式

• 独占模式：一个线程独占资源，其他线程需等待。
• 共享模式：多个线程可以共享资源，例如在Semaphore中。

实现方式

自定义同步器的步骤

1. 继承AQS：创建一个新的类继承自AQS。
2. 实现必要方法：重写tryAcquire、tryRelease等方法以定义资源获取和释放的逻辑。
3. 公开API：提供同步器的对外接口。

代码示例

class CustomLock extends AbstractQueuedSynchronizer {
    protected boolean tryAcquire(int acquires) {
        if (compareAndSetState(0, 1)) {
            setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
            return true;
        }
        return false;
    }

    protected boolean tryRelease(int releases) {
        if (getState() == 0) throw new IllegalMonitorStateException();
        setExclusiveOwnerThread(null);
        setState(0);
        return true;
    }

    Condition newCondition() { return new ConditionObject(); }
}

应用场景

AQS被广泛应用于Java的并发包中，如ReentrantLock、Semaphore和CountDownLatch等。其灵活的架构使得开发者可以根据实际需求定制高效的同步工具。例如，在设计一个限流器时，我们可以利用AQS的共享模式来实现。

最佳实践

• 减少锁竞争：尽量减少锁的持有时间，避免长时间占用锁。
• 避免死锁：仔细设计资源获取顺序，避免多个锁之间的循环依赖。
• 性能优化：使用AQS时，关注其对性能的影响，尤其是在高并发环境下。

常见陷阱和解决方案

• 忘记释放锁：确保在每个获取锁的代码路径中都有释放锁的逻辑。
• 不当使用共享模式：在使用共享模式时，确认逻辑是否满足共享条件。