丹凤千字科普：semaphore是什么意思（详细资料介绍）

AbstractQueuedSynchronizer（AQS）是Java并发编程的核心组件之一。它提供了一个基于队列的同步器框架，用以实现多种同步和并发控制机制。AQS的主要功能在于维护一个同步状态变量和一个FIFO等待队列，用以管理并发访问资源的线程。AQS还提供了一套简单却强大的API，使得开发者能够在不了解底层实现细节的情况下，方便地使用AQS实现各种同步和并发控制机制。

AQS的实现原理可概述如下：

1. 同步状态的管理

AQS通过同步状态变量来实现同步状态的管理。同步状态变量的值代表着锁的状态或信号量的剩余量等。其实现可以采用Java中的原子变量（例如AtomicInteger），也可以利用volatile关键字来保证可见性。在AQS中，同步状态变量的值具有多重含义：值为0表示未被占用或未被获取（可以被获取）；大于0表示已被占用或已被获取（不可获取）；小于0则表示已被占用或已获取，并且等待队列中存在等待获取同步状态的线程。

2. 等待队列的管理

AQS使用一个FIFO的等待队列来管理等待获取同步状态的线程。这个等待队列是一个双向链表，每个节点代表一个等待线程，包含了线程本身、状态信息以及前后指针等。头节点代表当前占用或已获取同步状态的线程，其他节点则表示正在等待获取同步状态的线程。

在AQS中，等待队列的操作主要包括入队、出队以及状态转移等。当一个线程试图获取同步状态但未能成功时，它会装成一个节点加入到等待队列的尾部，并自我阻塞。而当同步状态变得可用时，头节点的线程会占用同步状态，并唤醒等待队列中的下一个节点。

3. 同步状态的获取与释放

AQS中的同步状态获取与释放都是通过CAS操作实现的。当线程需要获取同步状态时，它会尝试使用CAS操作将同步状态变量的值从0变为1。如果成功，则表示获取了同步状态；否则，线程需要进入等待队列并等待同步状态变得可用。

当线程需要释放同步状态时，它会检查等待队列中是否有等待获取同步状态的线程。如果有，则唤醒等待队列中的下一个节点，并将同步状态变量的值重置为0。如果没有，则直接将同步状态变量的值设置为0。

AQS的核心是基于队列的同步器框架，它提供了一种通用、可扩展的同步机制，可用于实现各种同步和并发控制机制，如锁、信号量、计数器等。其实现灵活，开发者可以通过继承AQS并实现其中的几个方法来实现自定义的同步机制。

4. AQS的核心方法

AQS的核心方法包括acquire、tryAcquire、release和tryRelease等。其中，acquire和release是最为重要的方法，分别对应同步状态的获取与释放。

在AQS中，同步状态的获取与释放是成对出现的。当线程需要获取同步状态时，会调用acquire方法。该方尝试获取同步状态，如果获取不到，则会把线程加入到等待队列中。当同步状态变得可用时，该方返回并将同步状态占用。当线程需要释放同步状态时，会调用release方法，该方释放同步状态并唤醒等待队列中的下一个节点。

tryAcquire和tryRelease方法则是在acquire和release方法的基础上进行了一些优化，它们在获取或释放同步状态失败时返回false，成功时返回true，而不会把线程加入到等待队列中。

5. AQS的应用场景

AQS在Java并发包中占据重要地位，被广泛应用于各种同步和并发控制机制的实现中。以下是一些常见的应用场景：

锁：ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock等锁的实现都基于AQS。

信号量：Semaphore是一种基于计数器的同步机制，用于限制某个资源的并发访问数量。其实现也是基于AQS的。

读写锁：ReentrantReadWriteLock是一种读写锁的实现，支持多个读线程同时访问共享资源，但只允许一个写线程访问。它也是基于AQS实现的。

CountDownLatch：CountDownLatch是一种倒计时器，用于控制多个线程之间的同步。它的实现也是基于AQS的。

AQS是Java并发编程的核心组件之一，它提供了一种基于队列的同步器框架，用于实现各种同步和并发控制机制。其实现灵活、方法简洁强大，使得开发者可以方便地实现自定义的同步机制。AQS的应用场景十分广泛，包括锁、信号量、读写锁、倒计时器等。在实际开发中，掌握AQS的原理和应用场景是非常重要的。尽管AQS是一种强大的同步机制，但它也存在一些局限性，如处理多线程竞争时可能出现饥饿和死锁问题。为解决这些问题，研究者们已经提出了一些改进方案，如Striped64、StampedLock等新的同步机制。在实际应用中需要根据具体需求选择最适合的同步机制。