08-AQS简单介绍

超威蓝猫 Dylan KwokApril 3, 2025About 5 min

版本	内容	时间
V1	新建	2022年09月06日00:24:48

AQS 简介

AbstractQueuedSynchronizer（后面简称为 AQS）是整个 JUC 包的核心，JUC 包下的许多组件都是基于这个抽象类来实现的，其实就是使用了模板方法，让不同的子类去实现。

我们常用的同步器 ReentrantLock、CountDownLatch、CyclicBarrier 这些都是基于 AQS 的。

AQS 里面维护一个同步状态（资源），一个等待队列和一个 condition 队列分析。

AQS 支持独占模式和共享模式，具体由子类实现。

独占模式：某一时刻只能有一个线程能够获取资源；
共享模式：某一时刻可以有多个线程能够获取资源；

AQS 支持公平锁和非公平锁。

公平锁：根据尝试获取锁的先后顺序来获取锁，就是先到先得；
非公平锁：不是先到先得，前面的线程并没有优先获取锁的优势。我们熟知的 synchronized 就是一个非公平锁；

AQS 支持类似 Object 类提供的 wait，notify，notifyAll 机制，但是功能更强大。

AQS 支持中断和超时机制。

资源是什么？

在 AQS 中的同步状态（资源）就是一个 int 类型的值，对不同的同步器来说含义是不同的

private volatile int state;

同步器	同步状态含义
CountDownLatch	资源 state 表示一个计数器的值，创建时 state 赋值初始值 n，当 n > 0 时表示需要阻塞线程，当 n 减到 0 时表示所有阻塞的线程可以继续运行；
ReentrantLock	资源 state 表示锁是否占用当 state = 0 时表示锁是空闲状态当 state = 1 时表示锁已经被某个线程占用了当 state > 1 时表示锁重入了
Semaphore	资源 state 表示许可证 or 令牌，创建时给 state 赋值初始值 n，当 n > 0 时表示当前线程可以获取这个许可证并继续向下运行。当 n = 0 时表示没有许可证了，当前线程需要阻塞并等待别的线程归还许可证；
CyclicBarrier	资源 state 表示的意思和 Semaphore 一样，可以把 CyclicBarrier 看成是一个可循环使用的 Semaphore；

在 JUC 中还有一个 AbstractQueuedLongSynchronizer 类，和 AbstractQueuedSynchronizer 的区别就是前者的同步状态是 long 类型的，而后者的同步状态是 int 类型的，就这个区别。

提供模板方法

AQS 提供了一些模板方法，具体由子类去实现，如下：

抽象方法
tryAcquire	尝试获取独占资源
tryRelease	尝试释放独占资源
tryAcquireShared	尝试获取共享资源
tryReleaseShared	尝试释放共享资源
isHeldExclusively	释放时独占模式

我们常用的 ReentrantLock 就是使用独占模式的一个例子，它的内部实现了 tryAcquire，tryAcquireShared，isHeldExclusively 方法，我们后面具体分析。

等待队列

等待队列是一个 FIFO 队列，是Craig，Landin和Hagersten锁（CLH锁）的一种变种，采用双向链表实现。

先看下等待队列的节点的定义，就是一个内部类 Node。

static final class Node {
    /** Marker to indicate a node is waiting in shared mode */
    // 共享模式节点
    static final Node SHARED = new Node();
    /** Marker to indicate a node is waiting in exclusive mode */
    // 独占模式节点
    static final Node EXCLUSIVE = null;

    static final int CANCELLED =  1;
    static final int SIGNAL    = -1;
    static final int CONDITION = -2;
    static final int PROPAGATE = -3;

    // 当前节点的状态
    volatile int waitStatus;
    // 前驱
    volatile Node prev;
    // 后驱
    volatile Node next;
    // 结点包装的线程
    volatile Thread thread;
    // Condition队列使用，存储condition队列中的后继节点 单向链表
    Node nextWaiter;
}

分析下属性：

这个队列是一个双向链表，所以 Node 里面定义了代表前驱的 prev 指针和代表后驱的指针 next；
线程需要在队列中排队，thread 属性就是当前节点封装的线程对象；
SHARED 和 EXCLUSIVE 是一个标记，标记当前节点是在什么模式（独占 or 共享）下加入等待的；
前面说了 AQS 支持类似 wait 和 notify 的机制，其实是通过一个 condition 队列实现的，它是一个单向链表，nextWaiter 属性就维护了后驱指针；
waitStatus 属性表示当前节点的状态，取值和它们的含义如下表所示：

key	值	含义
CANCELLED	1	表示当前线程等待超时或者被中断，被取消排队了，取消争抢锁
SIGNAL	-1	表示当前线程可以唤醒它的 next 节点
CONDITION	-2	表示线程在条件队列里等待
PROPAGATE	-3	用于将唤醒后继线程传递下去，这个状态的引入是为了完善和增强共享锁的唤醒机制；
	0	等待队列里的初始状态

Condition 条件等待

Synchronized 同步锁在同步代码块中可以通过锁对象的 wait 和 notify 方法来实现线程同步。

对于 JUC 中的 Condition 接口，配合 Lock 锁也可以实现线程同步，通过 Condition 接口中的 await 和 signal 方法实现。

一个 Synchronized 锁只能有一个共享的变量锁对象的 wait 和 notify 来实现线程同步，而一个 Lock 锁可配合多个 Condition 实例使用。

Condition 必须和 Lock 配合使用，这和 Synchronized 的使用要求是一样的。

在 AbstractQueuedSynchronizer.Node 的属性中有个 nextWaiter 属性前面没有分析过，这个 nextWaiter 的含义是指向条件队列中当前节点的后驱节点。

条件队列是一个单向链表，通过 nextWaiter 连接。

当我们调用 await 方法后，当前线程就会被封装成一个节点加入到条件队列中去。因为 Lock 可以配合多个 Condition 使用，每个 Condition 都有自己的条件队列。

当调用指定 Condition 的 signal 方法后，就会将它的条件队列中的节点迁移到等待队列中，等待唤醒。当唤醒之前就会尝试重新获取锁，当获取到锁之后就可以执行自己的业务代码了。

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Dylan Kwok