一句话说透Java里面的AbstractQueuedSynchronizer

双鱼大猫
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AQS（抽象队列同步器）  是 Java 并发包的核心基础框架，用于构建锁和同步工具（如 ReentrantLock、Semaphore 等）。它通过 共享状态管理 和 线程排队机制 实现高效的线程同步。以下是其核心要点：

一、AQS 的核心组成

  1. 状态变量（state）

    • 一个 volatile int 值，表示同步状态（如锁是否被占用、信号量剩余许可数等）。
    • 子类通过操作 state 定义同步规则（如 ReentrantLock 中 state=0 表示未加锁，state>0 表示锁被持有且可重入次数）。

  2. CLH 队列（线程等待队列）

    • 一个双向链表结构的队列，存储等待获取资源的线程。
    • 每个节点（Node）包含线程引用、等待状态（如是否被取消）及前后指针。

二、AQS 的工作原理

  1. 获取资源（如加锁）

    • 线程尝试通过 CAS 修改 state，若成功则获取资源。
    • 若失败，将线程包装为 Node 加入 CLH 队列尾部，并阻塞（通过 LockSupport.park()）。

  2. 释放资源（如解锁）

    • 修改 state，并唤醒队列中下一个等待的线程（通过 LockSupport.unpark()）。

三、AQS 的两种模式

模式特点应用场景
独占模式同一时刻只有一个线程能获取资源（如锁）ReentrantLock
共享模式多个线程可同时获取资源Semaphore、CountDownLatch

四、AQS 的模板方法

子类需实现以下方法定义同步逻辑：

  • 独占模式：

    protected boolean tryAcquire(int arg)  // 尝试获取资源
protected boolean tryRelease(int arg)  // 尝试释放资源

  • 共享模式：

    protected int tryAcquireShared(int arg)  // 尝试获取共享资源
protected boolean tryReleaseShared(int arg)  // 尝试释放共享资源

示例：ReentrantLock 的实现

protected boolean tryAcquire(int arg) {
    final Thread current = Thread.currentThread();
    int c = getState();
    if (c == 0) { // 锁未被占用
        if (compareAndSetState(0, 1)) { // CAS 修改 state
            setExclusiveOwnerThread(current); // 设置当前线程为锁持有者
            return true;
        }
    } else if (current == getExclusiveOwnerThread()) { // 可重入
        setState(c + 1); // 增加重入次数
        return true;
    }
    return false;
}

五、AQS 的等待队列管理

  1. 入队：

    • 线程获取资源失败时，创建 Node 并入队，通过自旋 CAS 确保线程安全。

  2. 出队：

    • 前驱节点释放资源后，唤醒后续节点尝试获取资源。

六、AQS 的典型应用

同步工具实现原理
ReentrantLock基于独占模式，state 表示锁的持有计数（可重入）。
Semaphore基于共享模式，state 表示剩余许可数，获取许可时减少，释放时增加。
CountDownLatch基于共享模式，state 初始为计数，线程调用 countDown() 减1，减到0时唤醒所有等待线程。

七、AQS 的优缺点

优点缺点
提供通用同步框架，减少重复造轮子需要理解底层原理才能正确扩展
高性能（CAS + CLH 队列优化）调试复杂（涉及线程阻塞与唤醒）

八、总结

AQS 是 Java 并发编程的基石，通过状态管理和线程排队机制，为构建高效、灵活的同步工具提供基础支持。
核心口诀：
「AQS 管状态，队列排线程
独占共享两模式，模板方法定规则
ReentrantLock、Semaphore，皆由此来显神通！」

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