JUC——AQS
AQS（AbstractQueuedSynchronizer，抽象队列同步器） 是 Java 并发包（java.util.concurrent）中最核心、最底层也最重要的同步框架之一，它是构建锁和同步器（如 ReentrantLock、Semaphore、CountDownLatch、ReentrantReadWriteLock 等）的基石。
一、AQS 是什么？
AQS（AbstractQueuedSynchronizer） 是 Java 并发包中的一个抽象类，位于：
java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer
它为构建锁和同步器提供了一个灵活的、可重用的底层框架，通过它可以非常方便地实现：
- 独占式获取与释放锁（如 ReentrantLock）
- 共享式获取与释放资源（如 Semaphore、CountDownLatch、ReadWriteLock）
🎯 你可以把 AQS 理解为：构建锁和同步器的“骨架”或“基础设施”，它处理了线程排队、阻塞/唤醒、状态管理等复杂逻辑，开发者只需要专注实现“资源是否可被获取”的逻辑即可。
二、AQS 的核心思想
AQS 的核心是围绕一个“状态”（state）变量，并通过一个FIFO 等待队列（CLH 队列的变种）来管理获取资源失败的线程。
核心组成：
| 组件 | 说明 |
|---|---|
| state（同步状态） | 一个 |
| CLH 队列（线程等待队列） | 一个 FIFO 的线程等待队列，用于存放那些获取资源失败的线程。是 AQS 实现线程排队和阻塞/唤醒的核心。 |
| 模板方法模式 | AQS 采用模板方法设计模式，它定义了一系列protected 方法（如 tryAcquire、tryRelease）让子类去实现，而它自己实现了线程排队、阻塞、唤醒等通用逻辑。 |
三、AQS 的两种同步模式
AQS 支持两种资源访问模式：
1. 独占模式（Exclusive）
- 同一时刻只有一个线程能获取到资源（如 ReentrantLock）。
- 方法：
tryAcquire(int)：尝试获取资源，成功返回 true，失败返回 false。tryRelease(int)：尝试释放资源。- 对应的排队与阻塞机制由 AQS 内部实现。
代表实现类：ReentrantLock
2. 共享模式（Shared）
- 同一时刻可以有多个线程同时获取资源（如 Semaphore、CountDownLatch）。
- 方法：
tryAcquireShared(int)：尝试获取共享资源。tryReleaseShared(int)：尝试释放共享资源。- AQS 会控制并发线程数或资源数。
代表实现类：Semaphore、CountDownLatch、ReentrantReadWriteLock（读锁部分）
四、AQS 的核心方法（分为两类）
AQS 的设计采用了模板方法模式，它已经实现好了大部分通用逻辑（如线程排队、阻塞/唤醒），但关键的资源是否可获取/释放的逻辑，交由子类去实现。
1. 需要子类实现的方法（核心抽象/protected 方法）
这些方法是 AQS 框架要求子类去实现的，用于定义“如何获取/释放资源”。
独占模式相关方法：
| 方法 | 说明 |
|---|---|
|
| 尝试以独占方式获取资源，成功返回 true，否则 false |
|
| 尝试以独占方式释放资源 |
|
| 当前线程是否独占资源（用于判断是否是锁的持有者） |
共享模式相关方法：
| 方法 | 说明 |
|---|---|
|
| 尝试以共享方式获取资源，返回剩余资源数，负数表示失败 |
|
| 尝试以共享方式释放资源 |
|
| 是否被当前线程独占（某些共享锁也需要） |
2. AQS 已经实现的方法（通用逻辑，开发者一般不重写）
这些方法由 AQS 自己实现，用于管理线程的排队、阻塞、唤醒等操作，包括：
acquire(int arg)：独占式获取资源，如果获取不到就进入等待队列并可能阻塞。release(int arg)：独占式释放资源，并唤醒后续等待线程。acquireShared(int arg)：共享式获取资源。releaseShared(int arg)：共享式释放资源。hasQueuedThreads()：是否有线程在等待。getQueueLength()：获取等待队列长度。- ……
五、AQS 的内部实现原理（简化版）
1. 核心状态：state
- 是一个
volatile int变量，表示当前同步状态。 - 比如：
- 在 ReentrantLock 中，state = 0 表示锁未被占用，=1 表示被占用，>1 表示重入次数。
- 在 Semaphore 中，state 表示剩余的许可数量。
2. CLH 队列（线程等待队列）
- AQS 内部维护了一个 FIFO 的线程等待队列，当某个线程获取资源失败时，会被封装为一个 Node 节点加入队列尾部，并可能被挂起（阻塞）。
- 当资源被释放时，AQS 会从队列头部唤醒一个或多个等待线程。
CLH 队列是 Craig、Landin 和 Hagersten 三人提出的一种基于链表的可扩展、高性能、公平的自旋锁队列，AQS 借鉴并优化了它的思想。
3. Node 节点
每个等待线程会被封装成一个 Node 对象，包含：
- 线程引用（thread）
- 等待状态（waitStatus）
- 前驱/后继节点引用（prev / next）
- 是独占模式还是共享模式
六、AQS 的使用：以 ReentrantLock 为例
虽然我们一般不直接使用 AQS，但了解它有助于理解 Java 中各种锁和同步器的工作原理。
ReentrantLock 的底层就是基于 AQS 实现的独占锁：
- ReentrantLock 内部有一个 Sync 类（继承 AQS）
- Sync 又分为：
- NonfairSync（非公平锁）
- FairSync（公平锁）
ReentrantLock 通过调用 AQS 的：
acquire(1)→ 尝试获取锁，失败进入队列release(1)→ 释放锁，并唤醒其他线程
而这些方法的内部逻辑，AQS 已经帮我们实现了，我们只需要通过继承 AQS 并实现 tryAcquire()和 tryRelease()方法，就能定制自己的锁！
七、如何自己基于 AQS 实现一个简单的同步器？
虽然很少直接使用 AQS，但理解它后，我们可以尝试实现一个简单的“自定义锁”或信号量。
简单示例：实现一个不可重入的独占锁（简化版）
class MyLock {private static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {// 尝试获取锁@Overrideprotected boolean tryAcquire(int acquires) {if (compareAndSetState(0, 1)) { // state == 0 表示未被占用setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread()); // 设置当前线程为锁持有者return true;}return false;}// 尝试释放锁@Overrideprotected boolean tryRelease(int releases) {if (getState() == 0) throw new IllegalMonitorStateException();setExclusiveOwnerThread(null);setState(0);return true;}// 是否被当前线程独占@Overrideprotected boolean isHeldExclusively() {return getState() == 1 && getExclusiveOwnerThread() == Thread.currentThread();}}private final Sync sync = new Sync();public void lock() {sync.acquire(1);}public void unlock() {sync.release(1);}
}八、总结：AQS 核心概念一句话
AQS（AbstractQueuedSynchronizer）是 Java 并发包中用于构建锁和同步器的核心框架，它通过一个 volatile 状态变量和 FIFO 等待队列，提供了线程同步的底层支持，开发者可通过继承 AQS 并实现 tryAcquire / tryRelease 等方法，轻松实现自定义的同步组件。