AQS.md

title	AQS
date	2024-11-10 06:31:25 -0800
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• 1. 概述
• 2. 核心设计
  • 2.1. 核心三要素
  • 2.2. 两种同步模式
• 3. Node 节点
• 4. 核心方法
  • 4.1. 独占式
  • 4.2. 共享式
  • 4.3. 获取流程
  • 4.4. 释放流程
• 5. Condition 条件队列
• 6. 常见实现

💠 2026-07-06 20:05:27

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概述

AQS（AbstractQueuedSynchronizer）是 JUC 包的核心骨架，提供基于 FIFO 队列 的同步器框架。通过模板方法模式，子类只需实现少量同步原语，即可构建各种同步组件。

The java.util.concurrent Synchronizer Framework: Doug Lea
中文翻译版
35张图深入理解 AQS

核心设计

核心三要素

要素	说明
state	volatile int，表示同步状态（锁是否被持有、许可数量等）
CLH 队列	变体 CLH 锁队列，双向链表，存放等待线程
Condition 队列	单向链表，用于条件等待/通知

private volatile int state;          // 同步状态
private transient volatile Node head; // 队列头（持有锁的线程已出队）
private transient volatile Node tail; // 队列尾

两种同步模式

• 独占模式（Exclusive）：同一时刻只有一个线程能获取资源（ReentrantLock）
• 共享模式（Shared）：多个线程可以同时获取（Semaphore、CountDownLatch）

Node 节点

CLH 队列中的节点，封装等待线程及其状态。

static final class Node {
    static final Node SHARED = new Node();   // 共享模式标记
    static final Node EXCLUSIVE = null;      // 独占模式标记

    static final int CANCELLED =  1; // 取消
    static final int SIGNAL    = -1; // 后继节点需要唤醒
    static final int CONDITION = -2; // 在条件队列中等待
    static final int PROPAGATE = -3; // 共享模式下传播唤醒

    volatile int waitStatus;
    volatile Node prev;
    volatile Node next;
    volatile Thread thread;
    Node nextWaiter; // 条件队列的下一个节点
}

核心方法

独占式

方法	说明
acquire(int)	独占获取，忽略中断
acquireInterruptibly(int)	独占获取，响应中断
release(int)	独占释放
tryAcquire(int)	子类实现的获取尝试
tryRelease(int)	子类实现的释放尝试

共享式

方法	说明
acquireShared(int)	共享获取，忽略中断
acquireSharedInterruptibly(int)	共享获取，响应中断
releaseShared(int)	共享释放
tryAcquireShared(int)	子类实现的共享获取尝试
tryReleaseShared(int)	子类实现的共享释放尝试

获取流程

acquire() -> tryAcquire()                     (子类：快速尝试)
  ├── 成功 -> 直接返回
  └── 失败 -> addWaiter() + acquireQueued()   (入队 + 自旋等待)

释放流程

release() -> tryRelease()      (子类：释放资源)
  ├── 成功 -> unparkSuccessor() (唤醒后继节点)
  └── 失败 -> 返回 false

Condition 条件队列

public class ConditionObject implements Condition {
    private transient Node firstWaiter; // 条件队列头
    private transient Node lastWaiter;  // 条件队列尾
}

方法	行为
await()	释放锁，进入条件队列阻塞，直到被 signal
signal()	将条件队列头节点移入 CLH 同步队列
signalAll()	将所有条件队列节点移入 CLH 同步队列

注意：调用 await/signal 前必须先持有锁（必须在 lock/unlock 之间使用）。

常见实现

同步器	同步模式	AQS 实现思路
ReentrantLock	独占	state=0 未锁定；state>0 锁定，可重入时递增
Semaphore	共享	state 表示剩余许可数
CountDownLatch	共享	state 为计数值，减到 0 时释放所有等待线程
ReentrantReadWriteLock	独占+共享	state 高16位=读锁，低16位=写锁
CyclicBarrier	—	未直接使用 AQS（用 ReentrantLock + Condition）
ThreadPoolExecutor.Worker	独占	用 AQS 实现工作线程的 runState