一、什么是 AQS？

AbstractQueuedSynchronizer（簡稱 AQS）是 Java 并發包 java.util.concurrent.locks 中的一個核心同步框架，用于構建鎖和同步器，如：

• ReentrantLock
• ReentrantReadWriteLock
• CountDownLatch
• Semaphore
• FutureTask

AQS 通過一個FIFO 雙向等待隊列（CLH 隊列）管理線程的同步狀態，使開發者可以專注于同步邏輯，而不必關注線程的調度、阻塞、喚醒等底層細節。

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二、AQS 的核心設計

1. 核心成員變量

private volatile int state;       // 同步狀態
private transient Node head;      // 隊列頭節點
private transient Node tail;      // 隊列尾節點

• state：用來表示資源的占用狀態（例如是否被鎖定、可用信號量數等）；
• head 和 tail：維護一個 CLH 等待隊列，用于管理阻塞的線程。

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2. 核心方法（模板方法）

AQS 提供一系列模板方法用于子類實現：

// 共享模式
protected int tryAcquireShared(int arg);
protected boolean tryReleaseShared(int arg);// 獨占模式
protected boolean tryAcquire(int arg);
protected boolean tryRelease(int arg);

子類需要實現這些方法，以控制對資源的獲取與釋放邏輯。

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三、AQS 工作流程

1. 獲取鎖（以獨占模式為例）

lock.lock() → tryAcquire() 嘗試獲取 → 獲取失敗 → 加入 CLH 隊列 → park（阻塞）→ 被喚醒時再次嘗試

流程：

1. 調用 tryAcquire() 嘗試獲取資源；
2. 如果失敗，則將當前線程封裝為 Node 加入等待隊列；
3. 阻塞（park）當前線程；
4. 資源釋放后，喚醒下一個等待線程。

2. 釋放鎖

unlock() → tryRelease() 成功 → 喚醒隊列中下一個線程

• tryRelease() 將 state 設置為 0；
• 然后調用 unparkSuccessor() 喚醒下一個線程。

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四、獨占模式 vs 共享模式

模式	描述
獨占模式	同一時刻只能有一個線程訪問，如 ReentrantLock
共享模式	多個線程可以共享資源，如 Semaphore、CountDownLatch

AQS 區分這兩種模式，并分別處理入隊、出隊、喚醒等邏輯。

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五、CLH 隊列機制

AQS 使用一種變體的 CLH（Craig–Landin–Hagersten）同步隊列 實現線程排隊。

隊列結構：

head -> Node1 -> Node2 -> ... -> tail

• 每個節點是一個線程的等待快照；
• 新線程失敗后加入尾部，前驅釋放時喚醒后繼；
• 自旋或 park 阻塞等待。

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六、典型用法示例

自定義鎖的基本寫法

class MyLock extends AbstractQueuedSynchronizer {protected boolean tryAcquire(int arg) {return compareAndSetState(0, 1);}protected boolean tryRelease(int arg) {setState(0);return true;}public void lock() {acquire(1); // 內部調用 tryAcquire + 入隊邏輯}public void unlock() {release(1);}
}

CountDownLatch 原理

• 使用共享模式；
• 每次 countDown() 執行 releaseShared(-1)；
• await() 會在 state = 0 前阻塞。

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七、AQS 的優點

優點	說明
封裝阻塞邏輯	使用 LockSupport 封裝了 park/unpark
可復用性強	模板方法模式，便于自定義同步器
隊列高效	FIFO 隊列實現公平性，性能穩定
支持兩種模式	支持共享和獨占資源控制

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八、注意點 & 問題排查

1. 死鎖：一定要在 try...finally 中釋放鎖；
2. state 狀態：設計時需合理設置 state 的含義（計數、二進制等）；
3. CLH 隊列泄露：釋放時未正確調用 unpark 會導致阻塞線程永久等待；
4. 性能瓶頸：高并發下需注意鎖競爭，考慮使用 StampedLock 或樂觀鎖優化。

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九、AQS 應用類匯總

類名	模式	簡介
ReentrantLock	獨占	可重入、可中斷、公平/非公平
Semaphore	共享	控制資源訪問數目
CountDownLatch	共享	等待所有任務完成
ReentrantReadWriteLock	共享 + 獨占	高效讀寫分離
FutureTask	獨占	控制異步任務狀態
AbstractQueuedSynchronizer	基類	框架級同步器

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十、總結

• AQS 是構建 Java 同步工具的核心；
• 通過隊列管理線程阻塞與喚醒；
• 使用模板方法封裝了多種模式；
• 掌握 AQS = 掌握 Java 并發的核心原理。

補充：AQS 源碼流程圖解析 + ReentrantLock 實戰源碼

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一、AQS 獲取鎖（acquire）源碼流程

public final void acquire(int arg) {if (!tryAcquire(arg) &&acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))selfInterrupt();
}

流程圖解：

             acquire()│┌───────┴────────┐↓                ↓tryAcquire()     // 自定義嘗試獲取(成功返回true)     (失敗)↓                ↓return      addWaiter(Node.EXCLUSIVE)↓入隊列構造雙向鏈表↓acquireQueued(node, arg)↓while(前驅不是head || 不能獲取鎖)↓        ↓park()   tryAcquire()↓獲取成功 → 設置head → unpark下一個

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二、AQS 釋放鎖（release）源碼流程

public final boolean release(int arg) {if (tryRelease(arg)) {Node h = head;if (h != null && h.waitStatus != 0)unparkSuccessor(h);return true;}return false;
}

流程圖解：

            release()│tryRelease()│是否成功釋放？↓   ↑true  false↓獲取 head↓喚醒下一個節點（unpark）

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三、ReentrantLock 是怎么用 AQS 實現的？

源碼結構簡圖：

public class ReentrantLock implements Lock {abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {// 核心邏輯都在此子類中}final Sync sync;
}

ReentrantLock 的兩個實現版本：

類型	類名	特點
非公平鎖（默認）	NonfairSync	直接嘗試獲取鎖，搶占式，性能好
公平鎖	FairSync	排隊獲取，按順序，不插隊，公平但慢一些

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tryAcquire 的實現（非公平鎖）

protected final boolean tryAcquire(int acquires) {final Thread current = Thread.currentThread();int c = getState();if (c == 0) {// 嘗試直接 CAS 獲取鎖if (compareAndSetState(0, acquires)) {setExclusiveOwnerThread(current);return true;}} else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {// 可重入，加重入次數int nextc = c + acquires;setState(nextc);return true;}return false;
}

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tryRelease 的實現

protected final boolean tryRelease(int releases) {int c = getState() - releases;if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())throw new IllegalMonitorStateException();boolean free = false;if (c == 0) {free = true;setExclusiveOwnerThread(null);}setState(c);return free;
}

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四、AQS 線程狀態控制核心機制：LockSupport

AQS 底層通過 LockSupport.park() 和 unpark(thread) 來掛起/喚醒線程：

• park()：當前線程阻塞，等待被喚醒；
• unpark(Thread t)：喚醒指定線程；
• 這種控制機制替代了傳統的 wait/notify，更靈活、底層、性能好。

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五、總結：如何理解 AQS 的強大之處？

特性	說明
模板方法設計	只需實現 tryAcquire 和 tryRelease，其他線程隊列處理由 AQS 自動完成
雙模式支持	支持共享與獨占兩種訪問模型
高可復用性	可構建多種同步組件（鎖、信號量、柵欄等）
高性能	結合 CAS、自旋、隊列掛起喚醒機制
阻塞線程管理	使用 LockSupport 精細控制線程掛起與恢復