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AQS 原理主线：state、CLH 队列、独占/共享与实战排查

news 2026/8/23 3:12:14

AQS（AbstractQueuedSynchronizer）几乎是 Java 并发面试的“主干题”。

你只要把 AQS 讲清楚，很多同步工具（ReentrantLock、CountDownLatch、Semaphore、ReentrantReadWriteLock）都能顺着讲出来。

这篇按一条主线讲透：

AQS 解决什么问题
state是什么
线程怎么排队（CLH 变体）
独占/共享的差异
常见追问 + 线上排查

你可以用一句话把 AQS 的价值说清：

把“抢不到就排队、排队就阻塞、释放就唤醒”的通用流程做成框架，只把 state 的语义留给子类。

1. AQS 解决什么问题

AQS 的目标不是“提供锁”，而是提供一个可复用的同步器框架：

用一个整数状态state表示同步状态
用一个 FIFO 队列管理获取失败的线程
通过模板方法把“排队/阻塞/唤醒”这套通用流程复用出来

你可以把 AQS 理解成：

状态机（state） + 等待队列（queue） + 阻塞/唤醒（park/unpark）

工程上可以再落到一个更直接的心智模型：

快路径：CAS 抢 state 成功（无竞争）
慢路径：CAS 失败 -> 入队 -> park -> 被唤醒后重试

2.`state`：同步器的核心状态

AQS 内部维护一个volatile int state。

它的含义由具体同步器定义：

ReentrantLock：state表示重入次数（0=未锁，>0=持有锁）
CountDownLatch：state表示计数器（>0 需要等待，0 放行）
Semaphore：state表示剩余许可数

关键点：

state 的修改必须是原子的（CAS）
state 的读写与队列配合，决定线程是“直接成功”还是“进入队列等待”

你可以把 state 看成“门票”：

独占：门票只能被一个人持有
共享：门票可以被多人消耗/归还（许可）或倒计时归零后全员放行

3. AQS 的队列：CLH 变体（你只需掌握行为）

AQS 维护一个 FIFO 的等待队列（Node 链表）。

当线程获取同步状态失败时：

会被封装成一个 Node 入队
进入等待
前驱节点释放后，唤醒后继节点

你不用背 Node 的字段，但要会讲清这三点：

为什么要排队：避免大量线程自旋浪费 CPU
为什么 FIFO：保证公平性基础（是否严格公平由实现决定）
为什么只唤醒后继：减少“惊群”

再补一个工程理解点：

很多线程栈里看到LockSupport.park并不等于“死锁”，可能只是 AQS 的正常排队阻塞。

4. 独占模式（Exclusive）：以 ReentrantLock 为例

独占模式的核心语义：

同一时刻只能有一个线程持有同步状态

典型流程：

线程尝试 CAS 抢 state（从 0 改成 1）
成功 -> 获得锁
失败 -> 入队 -> park
前驱释放 -> unpark -> 再次尝试获取

与可重入的关系：

如果当前线程已经持有锁，再次获取时直接state++

5. 用最小代码把 AQS“跑起来”：自定义独占锁（Mutex）

如果你想真正把 AQS 吃透，最有效的方法就是写一个最小可用的独占锁。

下面示例是一个不可重入的 Mutex（可运行骨架）：

importjava.util.concurrent.TimeUnit;importjava.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer;importjava.util.concurrent.locks.Condition;importjava.util.concurrent.locks.Lock;publicclassMuteximplementsLock{privatestaticclassSyncextendsAbstractQueuedSynchronizer{@OverrideprotectedbooleantryAcquire(intacquires){// state: 0 未占用，1 已占用if(compareAndSetState(0,1)){setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());returntrue;}returnfalse;}@OverrideprotectedbooleantryRelease(intreleases){if(getState()==0)thrownewIllegalMonitorStateException();setExclusiveOwnerThread(null);setState(0);returntrue;}@OverrideprotectedbooleanisHeldExclusively(){returngetState()==1&&getExclusiveOwnerThread()==Thread.currentThread();}ConditionnewCondition(){returnnewConditionObject();}}privatefinalSyncsync=newSync();@Overridepublicvoidlock(){sync.acquire(1);}@OverridepublicbooleantryLock(){returnsync.tryAcquire(1);}@Overridepublicvoidunlock(){sync.release(1);}@OverridepublicConditionnewCondition(){returnsync.newCondition();}@OverridepublicvoidlockInterruptibly()throwsInterruptedException{sync.acquireInterruptibly(1);}@OverridepublicbooleantryLock(longtime,TimeUnitunit)throwsInterruptedException{returnsync.tryAcquireNanos(1,unit.toNanos(time));}}