AQS及派生类

一、AQS

AQS名字为一个抽象队列同步器，是一个抽象类。它提供了一个框架，ReentrantLock、Semaphore和CountDownLatch都是基于AQS实现的。

首先，AQS中提供了一个由volatile修饰的int类型的共享资源，就是state变量。在ReentrantLock的实现类中，state用来表示锁的占有情况，包括可重入计数，当state的值为0的时候，标识该锁不被任何线程所占有。

其次，AQS还要维护一个FIFO队列，是一个双向链表，用来存放等待的线程。

最后，AQS有一个获取锁（tryAcquire）和释放锁（tryRelease）的方法，需要由实现类去重写该方法。

二、ReentrantLock

ReentrantLock的实现原理主要依赖于AQS框架。AQS中提供了一个由volatile修饰的state变量。在ReentrantLock的实现类中，state用来表示锁的占有情况，当state的值为0的时候，标识该锁不被任何线程所占有。其次，AQS还要维护一个FIFO队列，是一个双向链表，用来存放等待的线程。

（1）ReentrantLock支持可重入性，同一个线程可以多次获得同一把锁。这是通过内部的 holdCount计数来实现的。holdCount初始值为0，获取一次锁holdCount+1，释放一次锁holdCount-1。

（2）ReentrantLock支持设置超时时间，即等待一定时间后如果还未获得锁，则放弃锁的获取。

（3）ReentrantLock实现了可中断性，这意味着线程在等待锁的过程中，可以被其他线程中断而提前结束等待。在底层，ReentrantLock使用了与LockSupport.park()和 LockSupport.unpark()机制来实现可中断性。

（4）ReentrantLock支持公平锁和非公平锁，默认是非公平锁，new ReentrantLock(true)则是公平锁。

（5）多个条件变量：ReentrantLock支持多个条件变量，每个条件变量可以只与一个 ReentrantLock关联。

三、CountDownLatch

参考视频：动画演示CountDownLatch的工作原理_哔哩哔哩_bilibili

CountDownLatch允许count个线程阻塞在一个地方，直至所有线程的任务都执行完毕。

CountDownLatch基于AQS，AQS有一个state变量，在CountDownLatch中代表计数器count，计数器可以被多个线程共享。计数器要通过构造函数赋值，比如new CountDownLatch(3)，计数器的初始值就是3。

CountDownLatch有两个方法，await()和countDown()。线程调用await()方法会阻塞，也就是放到AQS里的阻塞队列，直到计数器减到0。在其他线程完成任务后，会调用countDown()方法使得计数器减一。计数器减到0时，阻塞队列中等待的线程都会被激活，因此原本调用await()方法的线程会继续执行。

CountDownLatch是一次性的，计数器减到0后就不能重置了，如果需要重复使用，可以使用CyclicBarrier。

四、Semaphore

参考视频：动画演示Semaphore的核心原理_哔哩哔哩_bilibili

Semaphore信号量主要是用于控制多个线程对有限个共享资源的访问权限。

Semaphore基于AQS，AQS有一个state变量，在Semaphore中代表共享资源的个数，或叫许可证的数量permits。

当线程想要访问资源时，它必须先执行semaphore.acquire()获取一个许可证，如果许可可用，则线程继续执行，否则线程将被放入AQS的阻塞队列。当线程完成对资源的访问后，它会执行semaphore.release()用来归还许可证，并在AQS队列中唤醒一个线程，允许该线程获取许可并访问资源。唤醒一个线程可以是公平的方式，也可以是非公平的方式。