1. 基本定义
AbstractQueuedSynchronizer（AQS） 是 Java 并发包（java.util.concurrent.locks）中的核心框架，用于 构建锁和同步器（如 ReentrantLock、Semaphore、CountDownLatch）。它通过 FIFO 等待队列 管理线程的阻塞与唤醒，并基于 原子状态变量 实现高效的同步控制。
2. 核心组件
(1) 同步状态（state）
- 类型：
volatile int，表示资源的可用数量或锁的持有状态。 - 操作方法：
protected final int getState(); protected final void setState(int newState); protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update); // CAS 操作 - 作用：通过原子操作管理资源状态（如
ReentrantLock中state=1表示锁被占用）。
(2) 等待队列（CLH 队列）
- 结构：双向链表，每个节点（
Node）保存等待线程及状态（如是否被取消、是否需要唤醒后续节点）。 - 节点状态：
CANCELLED (1)：线程已放弃等待（如超时或中断）。SIGNAL (-1)：当前节点的后续节点需要被唤醒。CONDITION (-2)：节点处于条件队列（如Condition的等待队列）。
(3) 模式
- 独占模式（Exclusive）：同一时间仅一个线程可获取资源（如
ReentrantLock）。 - 共享模式（Shared）：多个线程可同时获取资源（如
Semaphore）。
3. 关键方法
AQS 提供 模板方法，需子类实现 核心钩子方法 定义同步逻辑：
| 方法 | 描述 |
|---|---|
tryAcquire(int arg) | 独占模式下尝试获取资源（需子类实现）。 |
tryRelease(int arg) | 独占模式下尝试释放资源（需子类实现）。 |
tryAcquireShared(int arg) | 共享模式下尝试获取资源（需子类实现）。 |
tryReleaseShared(int arg) | 共享模式下尝试释放资源（需子类实现）。 |
isHeldExclusively() | 当前线程是否独占资源（用于条件变量实现）。 |
4. 工作流程（以独占模式为例）
(1) 获取资源（acquire）
- 调用子类的
tryAcquire()尝试直接获取资源。 - 若失败，将线程封装为节点加入等待队列尾部，并通过
LockSupport.park()阻塞线程。 - 队列中前驱节点释放资源后，唤醒当前节点线程重新尝试获取资源。
(2) 释放资源（release）
- 调用子类的
tryRelease()释放资源。 - 唤醒队列中的下一个有效节点（
unparkSuccessor()）。
5. 应用示例：实现独占锁
public class SimpleLock extends AbstractQueuedSynchronizer {// 尝试获取锁（state=0 表示未占用，1 表示已占用）@Overrideprotected boolean tryAcquire(int arg) {return compareAndSetState(0, 1); // CAS 设置状态为 1}// 释放锁@Overrideprotected boolean tryRelease(int arg) {setState(0); // 无需 CAS，只有持有锁的线程能调用 releasereturn true;}// 加锁public void lock() {acquire(1);}// 解锁public void unlock() {release(1);}
}// 使用示例
SimpleLock lock = new SimpleLock();
lock.lock();
try {// 临界区代码
} finally {lock.unlock();
}
6. 核心优势
- 灵活性：通过继承 AQS 并重写钩子方法，可快速实现自定义同步器（如读写锁、信号量）。
- 高效性：基于 CAS 和 CLH 队列，减少线程上下文切换开销。
- 可扩展性：支持独占和共享模式，满足不同并发场景需求。
7. 典型应用
| 同步工具 | 实现原理 |
|---|---|
ReentrantLock | 基于 AQS 独占模式，支持可重入（state 记录重入次数）。 |
Semaphore | 基于 AQS 共享模式，state 表示可用许可数量。 |
CountDownLatch | 基于 AQS 共享模式，state 表示剩余计数，计数为 0 时唤醒所有等待线程。 |
ReentrantReadWriteLock | 读锁（共享模式）和写锁（独占模式）分离，共用同一个 AQS 实例。 |
8. 注意事项
- 避免死锁：确保资源释放逻辑正确（如
finally块中释放锁）。 - 性能调优：合理设计
tryAcquire/tryRelease逻辑，减少 CAS 竞争。 - 公平性选择：AQS 默认非公平锁（允许插队），可通过队列顺序实现公平锁。
总结
AQS 是 Java 并发编程的基石，通过 状态管理 和 等待队列 实现了高效的线程同步机制。开发者通过继承 AQS 并实现核心钩子方法，可快速构建高性能的锁和同步工具（如 ReentrantLock 和 Semaphore）。深入理解 AQS 的 CLH 队列、CAS 操作 及 模板方法模式，是掌握 Java 并发编程的关键。