深入解析AQS源码：实战指南，精通并发编程！

在Java并发编程的广阔天地中，AbstractQueuedSynchronizer（简称AQS）无疑是构建高效同步器的一把瑞士军刀。AQS不仅为开发者提供了构建锁、信号量、倒计数器等同步器的强大框架，而且其内部的设计理念和实现机制也极具启发意义。本文将带领大家深入探索AQS的奥秘，从原理到实践，从结构到应用，让我们一起领略程序的艺术。

AQS是Java并发包java.util.concurrent.locks中的一个核心类，它提供了一种基于FIFO（先进先出）队列的同步器实现框架。通过这个框架，开发者可以方便地构建出各种具有不同同步特性的同步器。AQS的主要职责是管理对共享资源的访问，通过维护一个等待队列来协调多个线程对共享资源的并发访问。

AQS的核心机制在于其内部维护的等待队列。当一个线程尝试获取同步资源失败时，它会被加入到等待队列的尾部，并进入等待状态。当同步资源被释放时，等待队列中的线程会按照先进先出的顺序依次尝试获取同步资源。这种机制确保了线程访问共享资源的公平性和有序性。

在并发编程中，线程安全是一个至关重要的问题。当多个线程同时访问共享资源时，如果没有采取适当的同步措施，就可能导致数据不一致、脏读、不可重复读等并发问题。而AQS正是为了解决这些问题而设计的。

传统的同步机制如synchronized关键字虽然也能保证线程安全，但它在性能上存在一定的局限性。synchronized是一个重量级锁，当线程尝试获取锁失败时，会进入阻塞状态，并等待系统底层唤醒。这种机制在高并发场景下会导致大量的线程上下文切换和阻塞等待，从而降低系统的整体性能。

而AQS则采用了基于乐观锁的思想设计，通过自旋的方式尝试获取锁。当线程尝试获取锁失败时，它不会立即进入阻塞状态，而是会通过自旋的方式不断尝试获取锁。这种机制减少了线程上下文切换和阻塞等待的开销，从而提高了系统的整体性能。

AQS的内部结构主要由等待队列和Node节点组成。等待队列是一个基于FIFO的双向队列，用于存储等待获取同步资源的线程。每个Node节点都维护了一个等待状态、线程信息等，用于记录线程的等待情况。

在AQS中，线程通过调用acquire或acquireShared等方法尝试获取同步资源。如果获取失败，线程会被封装成一个Node节点并加入到等待队列的尾部。当同步资源被释放时，等待队列中的线程会按照先进先出的顺序依次尝试获取同步资源。

AQS的加锁逻辑主要包括独占锁和共享锁两种。独占锁是指同一时间只允许一个线程访问共享资源的锁，而共享锁则允许多个线程同时访问共享资源。

在AQS中，独占锁的加锁逻辑主要通过acquire方法实现。当线程调用acquire方法尝试获取独占锁时，如果当前没有线程持有锁（即state变量的值为0），则当前线程会成功获取锁并继续执行后续操作；否则，当前线程会被封装成一个Node节点并加入到等待队列的尾部。在等待过程中，线程会不断尝试获取锁，直到成功获取或被中断为止。

与独占锁不同，共享锁允许多个线程同时访问共享资源。在AQS中，共享锁的加锁逻辑主要通过acquireShared方法实现。当线程调用acquireShared方法尝试获取共享锁时，如果当前共享资源的可用数（即state变量的值）大于0，则当前线程会成功获取锁并继续执行后续操作；否则，当前线程会被封装成一个Node节点并加入到等待队列的尾部。在等待过程中，线程会不断尝试获取锁，直到成功获取或被中断为止。

在AQS的设计中，模板方法模式得到了广泛的应用。模板方法模式是一种行为设计模式，它定义了一个算法的骨架，将算法中的一些步骤延迟到子类中实现。在AQS中，acquire、acquireShared、release、releaseShared等方法就是模板方法的典型应用。

通过模板方法模式，AQS将同步器的加锁、解锁等核心逻辑抽象出来，并定义了一系列的模板方法。这些模板方法的具体实现在子类中完成，从而实现了同步器的灵活性和可扩展性。例如，在ReentrantLock中实现了独占锁的加锁逻辑，而在Semaphore中则实现了共享锁的加锁逻辑。