【多线程】一文吃透 AQS 原理
在 Java 并发包中，很多重量级组件都依赖一个共同的底层框架——AQS。可以说：
不懂 AQS，就很难真正理解 ReentrantLock、Semaphore、CountDownLatch 等工具的实现原理。
本文将从设计思想、核心结构、源码流程和实战应用等方面介绍 AQS。
文章目录
- 一、什么是 AQS？
- 1. AQS 的定义
- 2. 哪些组件基于 AQS？
- 二、为什么需要 AQS？
- 三、AQS 的核心思想
- 1. 状态变量（State）
- 2. CLH 双向等待队列
- 3. CAS + 自旋
- 四、AQS 的核心结构
- 1. Node 节点结构
- 2. 同步队列结构
- 五、AQS 获取锁流程（以独占锁为例）
- 1. 获取锁流程
- 2. 核心源码流程（简化版）
- 六、AQS 释放锁流程
- 七、共享锁模式
- 共享模式特点
- 八、实战：手写一个简易锁
- 九、AQS 的优缺点
- 优点
- 缺点
- 十、面试高频问题
- 1. AQS 核心组成？
- 2. AQS 如何保证线程安全？
- 3. 公平锁如何实现？
- 参考
一、什么是 AQS？
1. AQS 的定义
AQS（AbstractQueuedSynchronizer，抽象队列同步器），是 JDK 提供的一个用于构建锁和同步器的基础框架。
本质上：
AQS = 状态管理 + 等待队列 + 线程调度。
很多并发工具，都是在 AQS 基础上“搭积木”实现的。
2. 哪些组件基于 AQS？
常见基于 AQS 的组件包括：
- ReentrantLock
- Semaphore
- CountDownLatch
- ReentrantReadWriteLock
- FutureTask
它们底层都复用了 AQS 的核心机制。
二、为什么需要 AQS？
在 AQS 出现之前，每个锁都要自己处理：
- 线程阻塞
- 队列管理
- 唤醒机制
问题：
- 重复造轮子
- 易出 Bug
- 难维护
AQS 的目标：
把“排队 + 阻塞 + 唤醒”统一封装。
开发者只需关注：如何获取和释放资源。
三、AQS 的核心思想
AQS 的设计基于三大核心思想：
1. 状态变量（State）
AQS 内部维护一个volatile int state：
privatevolatileintstate;含义由子类决定：
- ReentrantLock：锁重入次数
- Semaphore：剩余许可数
- CountDownLatch：计数器
2. CLH 双向等待队列
AQS 内部维护一个 FIFO 双向队列，用于存放等待线程。
特点：
- 先进先出
- 公平性保障
- 基于 CLH 变种实现
结构示意：
Head <-> Node <-> Node <-> Tail3. CAS + 自旋
AQS 使用 CAS 修改 state：
compareAndSetState(old,new)保证修改原子性。
四、AQS 的核心结构
1. Node 节点结构
每个等待线程都会被包装成 Node：
主要字段：
- thread：线程引用
- prev / next：队列指针
- waitStatus：状态标识
常见状态：
| 状态值 | 含义 |
|---|---|
| 0 | 默认 |
| SIGNAL | 等待唤醒 |
| CANCELLED | 已取消 |
2. 同步队列结构
AQS 内部维护：
volatileNodehead;volatileNodetail;组成双向链表。
五、AQS 获取锁流程（以独占锁为例）
以 ReentrantLock 为例：
1. 获取锁流程
详细步骤：
- CAS 尝试修改 state
- 成功则获得锁
- 失败则进入等待队列
- 挂起线程（park）
- 被唤醒后再次竞争
2. 核心源码流程（简化版）
if(!tryAcquire(arg)){addWaiter();acquireQueued();}体现：先抢锁，抢不到再排队。
六、AQS 释放锁流程
释放流程：
- tryRelease 修改 state
- state = 0 时释放成功
- 唤醒队头节点
- unpark 后继线程
示意：
释放 → 唤醒 → 竞争七、共享锁模式
AQS 支持两种模式：
| 模式 | 说明 | 示例 |
|---|---|---|
| 独占 | 同一时刻一个线程 | ReentrantLock |
| 共享 | 多线程同时访问 | Semaphore |
共享模式特点
- 多个线程可同时获取
- 通过 state 控制数量
八、实战：手写一个简易锁
基于 AQS 实现自定义锁：
classMyLockextendsAbstractQueuedSynchronizer{@OverrideprotectedbooleantryAcquire(intarg){returncompareAndSetState(0,1);}@OverrideprotectedbooleantryRelease(intarg){setState(0);returntrue;}}使用：
MyLocklock=newMyLock();lock.acquire(1);try{// 业务逻辑}finally{lock.release(1);}九、AQS 的优缺点
优点
- 高度复用
- 结构清晰
- 扩展性强
- 性能优秀
缺点
- 学习成本高
- 源码复杂
- 调试困难
十、面试高频问题
1. AQS 核心组成？
答：
state + 队列 + CAS + park/unpark。
2. AQS 如何保证线程安全？
答：
CAS + volatile + 队列。
3. 公平锁如何实现？
答：
先判断队列是否有前驱节点。
参考
AQS 详解
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