Java高并发之AQS

在Java的并发编程中，AQS（AbstractQueuedSynchronizer）是一个重要的工具类。它提供了一种实现同步器的框架，是Java并发包中很多类的基础，比如ReentrantLock、Semaphore等。本文将介绍AQS的概念、原理以及如何使用它来实现高并发的示例。

什么是AQS

AQS是一个用于构建锁和同步器的框架，它使用了一种称为CLH（Craig, Landin, and Hagersten）队列锁的算法。它提供了一种实现同步状态管理、线程阻塞和唤醒的机制，使得我们能够更加方便地实现高效的并发控制。

AQS的核心是一个FIFO队列，用于管理获取锁失败的线程。每个线程在请求锁时，如果锁已经被占用，那么该线程会被加入到等待队列中，直到锁被释放。当锁被释放时，AQS会从等待队列中选择一个线程唤醒，使其重新尝试获取锁。

AQS的基本原理

AQS的基本原理可以用以下状态图表示：

stateDiagram
    [*] --> 未锁定
    未锁定 --> 锁定 : lock()
    锁定 --> 未锁定 : unlock()

在AQS中，锁的状态被表示为整型变量state。当state为0时表示锁未被占用，当state大于0时表示锁已被占用。在默认情况下，AQS使用独占模式，即每次只有一个线程能够持有锁。但AQS也支持共享模式，即多个线程可以同时持有锁。

AQS提供了一系列方法来操作state变量，包括getState()、setState()、compareAndSetState()等。这些方法可以用于实现自定义的同步器。

使用AQS实现高并发控制

下面以一个简单的示例来说明如何使用AQS来实现高并发控制。假设有一个任务需要并发执行，但希望限制同时执行的线程数量。

首先，我们需要自定义一个同步器，继承自AQS。该同步器需要实现tryAcquire()和tryRelease()方法来获取和释放锁。

import java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer;

public class ConcurrentTaskSync extends AbstractQueuedSynchronizer {

    private static final int MAX_CONCURRENT_TASKS = 10;

    @Override
    protected boolean tryAcquire(int acquires) {
        int currentTasks = getState();
        int remainingTasks = MAX_CONCURRENT_TASKS - currentTasks;
        if (remainingTasks <= 0 || !compareAndSetState(currentTasks, currentTasks + 1)) {
            return false;
        }
        return true;
    }

    @Override
    protected boolean tryRelease(int releases) {
        int currentTasks = getState();
        if (currentTasks <= 0 || !compareAndSetState(currentTasks, currentTasks - 1)) {
            throw new IllegalMonitorStateException();
        }
        return true;
    }
}

在上述代码中，我们通过getState()方法获取当前已经执行的任务数量，然后计算剩余可执行任务的数量。在tryAcquire()方法中，如果剩余任务数量小于等于0，则表示已经达到并发限制，返回false。否则，通过compareAndSetState()方法来尝试获取锁。

在tryRelease()方法中，我们通过getState()方法获取当前已经执行的任务数量，然后通过compareAndSetState()方法来释放锁。

接下来，我们可以使用这个自定义的同步器来实现高并发控制。例如，我们创建一个线程池来执行任务，并使用ConcurrentTaskSync来限制并发执行的线程数量。

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class ConcurrentTaskExample {

    public static void main(String[] args) {
        ConcurrentTaskSync sync = new ConcurrentTaskSync();
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);

        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            executor.execute(() -> {
                try {
                    sync.acquire(1);