深入理解 AbstractQueuedSynchronizer（AQS）：构建高性能同步器的基石

AbstractQueuedSynchronizer（简称 AQS）是 Java 并发包（java.util.concurrent）中最核心的基础类之一，几乎所有自定义的同步器（如 ReentrantLock、CountDownLatch、Semaphore、FutureTask 等）都直接或间接地基于 AQS 实现。

本文将深入探讨 AQS 的核心设计思想、内部数据结构、关键方法实现、以及它背后的并发控制模型。

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🧠 一、AQS 的核心设计思想

AQS 提供了一个 队列式的、基于状态的同步框架，它的设计思想非常明确：

🌟 基本模型：

通过维护一个 volatile 的 state 变量来表示同步状态，并用一个 FIFO 队列管理等待线程。

具体来说，它实现了两种锁的语义：

• 独占（Exclusive）：只能一个线程获取，比如 ReentrantLock。
• 共享（Shared）：多个线程可以同时获取，比如 Semaphore。

开发者通过继承 AQS 并重写其 tryAcquire / tryRelease 等方法来实现自定义的同步逻辑，而不需要关心线程挂起/唤醒的底层细节。

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🏗️ 二、AQS 的关键内部结构

1. state 变量（同步状态）

private volatile int state;

这是 AQS 的核心状态变量，通常用来表示资源是否可用、计数器大小等。子类通过 getState() / setState() / compareAndSetState() 来访问和修改它。

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2. CLH 队列（等待队列）

AQS 使用一种变种的 CLH（Craig, Landin, and Hagersten）锁队列 来维护所有正在等待获取锁的线程。

static final class Node {
   
   
    volatile Node prev;
    volatile Node next;
    volatile Thread thread;
    volatile int waitStatus;
}

常见的 waitStatus 值：

• 0：默认状态
• SIGNAL (-1)：后继节点等待唤醒
• CANCELLED (1)：线程取消等待
• CONDITION (-2)：表示在 condition 上等待
• PROPAGATE (-3)：共享模式传播

队列头尾指针：