一、AQS 是什么？
一句话定义 ：
AQS 是 Java 并发包的"扫地僧"，默默支撑了 ReentrantLock、Semaphore、CountDownLatch 等一众同步器的底层实现。
核心思想：
- 用 state 表示资源 ：比如锁的持有次数（
ReentrantLock）或剩余许可证数量（Semaphore）。 - 用队列管理线程：抢不到资源的线程排队等待，避免无脑自旋浪费 CPU（类似奶茶店叫号系统）。
经典比喻：
- state：奶茶店剩余的"椰果奶茶"数量。
- CLH 队列：排队等奶茶的小哥哥小姐姐们（线程）。
- CAS 操作：店员（CPU）用"无接触扫码枪"快速处理订单（线程竞争）。
二、AQS 核心数据结构：状态 + 队列
1. state（资源状态）
- volatile int：保证多线程可见性。
- 具体含义由子类定义 ：
ReentrantLock：state=0 表示未加锁，>0 表示锁被重入的次数。Semaphore：state 表示剩余许可证数量。CountDownLatch：state 表示倒计时的初始值。
2. CLH 队列（线程排队系统）
- 双向链表：每个节点（Node）封装一个等待线程。
- 设计目标 ：
- 公平性：先来后到（公平模式下）。
- 高效唤醒：快速找到下一个可执行的线程。
- 节点状态（waitStatus） ：
CANCELLED(1)：舔狗放弃等待（比如线程超时或中断）。SIGNAL(-1)：当前节点释放资源后需要唤醒下一个节点。CONDITION(-2)：节点在条件队列中等待（如Condition.await()）。
三、AQS 工作流程：以 ReentrantLock 为例
1. 加锁（acquire）
java
// ReentrantLock.NonfairSync 的 lock() 方法（非公平模式）
final void lock() {
if (compareAndSetState(0, 1)) // 直接插队尝试抢锁
setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
else
acquire(1); // 进入AQS排队逻辑
}
// AQS 的 acquire() 方法
public final void acquire(int arg) {
if (!tryAcquire(arg) && // 子类实现抢锁逻辑
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();
} 步骤拆解：
- tryAcquire()：子类自定义抢锁逻辑（比如非公平锁直接插队）。
- addWaiter()：将线程包装为 Node，加入队列尾部（CAS 保证线程安全）。
- acquireQueued()：在队列中自旋或阻塞，等待被唤醒。
2. 解锁（release）
java
// ReentrantLock 的 unlock() 方法
public void unlock() {
sync.release(1);
}
// AQS 的 release() 方法
public final boolean release(int arg) {
if (tryRelease(arg)) { // 子类实现释放逻辑
Node h = head;
if (h != null && h.waitStatus != 0)
unparkSuccessor(h); // 唤醒下一个节点
return true;
}
return false;
} 关键操作：
- unparkSuccessor()：找到队列中第一个未取消的节点，唤醒其关联的线程。
四、源码级细节：舔狗线程的"自旋与阻塞"
1. acquireQueued() 的"舔狗循环"
java
final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
boolean failed = true;
try {
boolean interrupted = false;
for (;;) {
final Node p = node.predecessor();
// 如果前驱是头节点，尝试抢锁（体现公平性）
if (p == head && tryAcquire(arg)) {
setHead(node); // 抢到锁后，自己变成头节点
p.next = null;
failed = false;
return interrupted;
}
// 是否需要阻塞？
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
interrupted = true;
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
} 核心逻辑：
- 自旋检查：前驱节点是否是头节点？能否抢到锁？
- 阻塞 ：通过
LockSupport.park()让线程休眠，避免 CPU 空转。
2. shouldParkAfterFailedAcquire()：舔狗的自我修养
java
private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
int ws = pred.waitStatus;
if (ws == Node.SIGNAL) // 前驱节点会通知我
return true;
if (ws > 0) { // 前驱节点已取消，跳过它
do {
node.prev = pred = pred.prev;
} while (pred.waitStatus > 0);
pred.next = node;
} else {
// 设置前驱节点状态为 SIGNAL（让它记得唤醒我）
compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);
}
return false;
} 本质：确保自己能被正确唤醒，同时清理队列中已取消的节点。
五、AQS 设计哲学总结
1. 模板方法模式
- 父类搭骨架：AQS 实现了排队、阻塞、唤醒的通用逻辑。
- 子类填血肉 ：子类只需实现
tryAcquire、tryRelease等钩子方法。
2. 兼顾公平与效率
- 非公平模式：允许插队，减少线程切换开销。
- 公平模式：严格排队，避免线程饿死。
3. 用 CAS 替代锁
- 无锁化设计：通过 CAS 修改 state 和队列指针，减少锁竞争。
六、高频面试题
1. 为什么 AQS 用双向链表？
- 答：方便快速删除已取消的节点（如超时或中断时）。单向链表只能从头遍历，双向链表支持逆向操作。
2. AQS 的共享模式与独占模式有什么区别？
- 独占模式 ：资源只能被一个线程持有（如
ReentrantLock）。 - 共享模式 ：资源可被多个线程共享（如
Semaphore），唤醒时会传播信号（如doReleaseShared()）。
3. AQS 如何实现可重入锁？
- 答 ：通过
state记录重入次数，每次重入 state+1，释放时 state-1，直到 state=0 才完全释放锁。
七、总结：AQS 是并发领域的"乐高积木"
- 高扩展性：基于 AQS 可轻松实现各种同步工具。
- 高性能：通过 CAS + CLH 队列减少锁竞争。
- 高智商陷阱：用错了容易导致死锁或性能问题。
最后忠告：
"若你理解了 AQS，Java 并发就掌握了一半；
若你精通了 AQS，面试官会颤抖着给你发 offer！"