AbstractQueuedSynchronizer（简称 AQS）是 Java 并发包 java.util.concurrent 的核心基础组件之一，尤其是构建自定义同步器（如锁、信号量、栅栏等）的基础框架。理解 AQS 是深入掌握 Java 并发编程的关键步骤之一。

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一、AQS 是什么？

AQS 全称：AbstractQueuedSynchronizer
是 Java 并发包中定义的一个用于构建锁和同步器的基础框架类，其核心原理是：以一个 int 状态值（state）和一个 FIFO 双向等待队列为基础，来控制线程的并发访问。

AQS 主要通过**“状态位 + 队列”实现线程之间的同步与通信**。

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二、核心结构与关键点

组成部分	描述
state	表示同步状态（例如是否已加锁）
exclusive owner thread	独占模式下记录当前持有锁的线程
CLH 队列	FIFO 等待队列，保存获取同步状态失败的线程
Node	队列中的元素，每个等待线程对应一个 Node 节点
compareAndSetState	使用 CAS 原子操作保证线程安全

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AQS 支持两种同步模式：

模式	描述	示例
独占（Exclusive）	同一时间只允许一个线程获取资源	ReentrantLock
共享（Shared）	同一资源可被多个线程共享	CountDownLatch、Semaphore

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三、工作机制原理（独占模式）

以 ReentrantLock（独占） 为例，简化流程如下：

1. 线程尝试通过 tryAcquire() 获取锁
2. 如果获取失败（即 state != 0），则构造 Node 节点加入 AQS 的等待队列
3. 后续线程通过 acquire() 不断尝试获取锁
4. 当前线程释放锁时调用 release()，并通知（unpark）下一个等待线程尝试获取锁

📌 AQS 不直接实现同步器逻辑，而是通过 模板方法模式，子类（如 ReentrantLock）需实现：

protected boolean tryAcquire(int arg);
protected boolean tryRelease(int arg);

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四、核心方法解析（核心骨架）

1、独占模式核心方法

public final void acquire(int arg)
public final boolean release(int arg)

• acquire()：尝试获取锁（失败则入队）
• release()：释放锁并唤醒下一个节点

2、共享模式核心方法

public final void acquireShared(int arg)
public final boolean releaseShared(int arg)

• 用于支持多个线程共享资源（如信号量）

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五、典型实现示例（基于 AQS）

同步工具	使用模式	说明
ReentrantLock	独占	可重入锁
Semaphore	共享	控制并发线程数
CountDownLatch	共享	等待其他线程完成
ReentrantReadWriteLock	共享+独占	读共享，写独占
FutureTask	独占	控制任务执行一次性完成

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六、深入关键点

1. CLH 队列（链表队列）

AQS 使用了 CLH（Craig, Landin, and Hagersten）队列实现线程的排队等待，具有非阻塞、自旋的特性：

head → Node1 → Node2 → Node3 → ...

每个 Node 包含：

• thread：线程本身
• waitStatus：等待状态（如 SIGNAL, CANCELLED, CONDITION）
• prev/next：前后指针

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2. 状态变量 state

• 所有同步器的核心状态都保存在 int state 中；
• 子类通过 getState() / setState() / compareAndSetState() 操作；
• 支持多重加锁（重入锁）或计数（如信号量 permits）；

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3. CAS 保证线程安全

protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update)

AQS 依赖底层 Unsafe 类的 CAS 实现（Compare And Swap），避免加锁开销，实现非阻塞并发控制。

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七、实战案例：自定义独占锁

class MyLock extends AbstractQueuedSynchronizer {
    public boolean tryAcquire(int acquires) {
        if (compareAndSetState(0, acquires)) {
            setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
            return true;
        }
        return false;
    }

    protected boolean tryRelease(int releases) {
        setExclusiveOwnerThread(null);
        setState(0);
        return true;
    }

    public void lock() {
        acquire(1);
    }

    public void unlock() {
        release(1);
    }
}

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八、相关源码入口（JDK）

• AbstractQueuedSynchronizer.java
  GitHub 链接（OpenJDK）:
  🔗 https://github.com/openjdk/jdk/blob/master/src/java.base/share/classes/java/util/concurrent/locks/AbstractQueuedSynchronizer.java

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九、学习资料推荐

1. 《Java 并发编程实战》 – Brian Goetz
2. 《深入理解 Java 虚拟机》 – 周志明
3. JDK 官方文档:
   🔗 https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/util/concurrent/locks/AbstractQueuedSynchronizer.html
4. AQS 可视化图解:
   https://tech.meituan.com/2019/12/05/aqs-theory-and-apply.html （推荐阅读）

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十、总结：AQS 的优缺点

优点	缺点
统一并发控制框架，灵活性高	学习曲线陡峭
支持独占、共享模式切换	不易调试（底层依赖 CAS、自旋）
高性能、非阻塞	使用不当容易死锁

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