揭秘AQS与ReentrantLock背后的模版方法模式

了解AbstractQueuedSynchronizer（AQS）的运作原理至关重要，因为它作为众多并发工具的基础，实现了Java并发的核心概念。为了深入理解AQS的奥秘，我们将深入其源代码，探索其架构中的模版方法模式，揭示其灵活性和扩展性的根源。

AQS：并发工具的基石

AQS由并发专家Doug Lea设计，旨在提供一个通用的同步机制，可用于构建各种并发工具。其基本原理是围绕一个内部队列组织，用于管理等待获取锁的线程。AQS的优雅之处在于，它将同步操作的公共部分抽象为模版方法，同时允许子类实现特定同步语义。

模版方法模式：灵活的同步策略

模版方法模式的核心思想是定义一个操作的骨架，而具体的实现细节则留给子类。在AQS中，这个骨架由acquire()和release()方法表示，它们规定了获取和释放锁的一般步骤。子类（如ReentrantLock）负责实现这些方法的特定行为，从而定义其独有的同步策略。

例如，ReentrantLock通过维护一个计数器来实现重入锁语义。当一个线程获取锁时，它会增加计数器；当它释放锁时，它会减少计数器。这种具体的实现是由ReentrantLock子类提供的，而AQS只提供了获取和释放锁的一般流程。

揭示AQS的模版方法

深入AQS的源代码，我们可以识别以下模版方法：

• acquire(int arg)：获取锁的通用方法，由子类实现特定的获取策略。
• release(int arg)：释放锁的通用方法，由子类实现特定的释放策略。
• tryAcquire(int arg)：尝试获取锁而不进行阻塞，由子类实现特定的非阻塞获取策略。
• tryAcquireNanos(int arg, long nanosTimeout)：尝试获取锁，并在指定的超时时间内进行阻塞，由子类实现特定的超时获取策略。

这些模版方法为子类提供了一个框架，让他们可以定制同步行为，同时仍然遵循AQS提供的通用流程。

扩展性：新同步工具的诞生

模版方法模式的真正力量在于其可扩展性。通过提供一个可重用的同步框架，AQS使开发人员能够轻松创建新的同步工具，而无需重新发明轮子。例如：

• Semaphore ：一种限制同时访问共享资源的线程数量的工具。
• CountDownLatch ：一种等待一组任务完成的工具。
• CyclicBarrier ：一种协调一组线程同时开始执行任务的工具。

这些工具都利用了AQS的模版方法模式，从而能够快速可靠地实现复杂的同步行为。

结语

AbstractQueuedSynchronizer（AQS）是Java并发中的一块基石，其模版方法模式提供了灵活性和扩展性。通过将同步操作的公共部分抽象出来，AQS为创建各种同步工具奠定了基础。深入理解AQS的架构对于理解Java并发和设计高效的同步解决方案至关重要。