AQS 与 ReentrantLock：队列同步器与可重入锁

如果说 synchronized 是 JVM 给你的内置锁，那 AQS 就是 JUC 里很多同步工具的地基。

ReentrantLock、Semaphore、CountDownLatch 这些类看起来用法不同，但底层都有一套相似的骨架：一个 state 表示资源状态，一条 FIFO 队列保存等待线程，再用 CAS 保证抢资源时的原子性。

这套骨架就是 AQS。

AQS 是什么

AQS，全称 AbstractQueuedSynchronizer，抽象队列同步器。

它不是一个直接拿来用的业务工具，而是用来构建锁和同步组件的基础框架。

常见基于 AQS 的组件：

组件	用途
ReentrantLock	可重入互斥锁
Semaphore	信号量，控制并发访问数量
CountDownLatch	倒计时锁，等待多个任务完成
ReentrantReadWriteLock	读写锁

AQS 的核心结构

AQS 最核心的东西有两个：

1. volatile int state。
2. 一个 FIFO 双向队列。

state 表示同步状态。不同工具对它的解释不同。

在 ReentrantLock 里，state = 0 通常表示没有线程持锁，state > 0 表示锁被持有，并且数值可以表示重入次数。

在 Semaphore 里，state 可以表示剩余许可数。

在 CountDownLatch 里，state 可以表示还没倒完的计数。
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volatile int state
FIFO 双向等待队列
head
Node: Thread-1
Node: Thread-2
tail
CAS 修改资源状态

这就是 AQS 的漂亮之处：它把"抢资源、失败排队、唤醒后继"这些通用流程抽出来，让不同同步工具只需要定义怎么获取和释放资源。

抢锁过程怎么走

以互斥锁为例，线程来抢资源时大概这么走：
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是
否
否
线程尝试获取资源
state 是否可获取
CAS 修改 state
CAS 是否成功
获取成功
封装成 Node 入队
在 AQS 队列中等待
前驱释放资源后被唤醒

这里的关键点是 CAS。

多个线程同时看到 state = 0 时，只有一个线程能 CAS 成功。其他线程 CAS 失败后，就会进入队列等待。

AQS 公平还是非公平

AQS 本身既能支持公平，也能支持非公平。具体公平不公平，看上层同步器怎么实现。

公平锁的思路是：新来的线程先看队列里有没有人排队。如果有人排队，就不要插队，去队尾等。

非公平锁的思路是：新来的线程可以先尝试抢一下。抢到了就直接执行，抢不到再排队。
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有
没有
否
是
否
新线程到来
公平锁?
队列里是否有等待线程
进入队列排队
尝试 CAS 抢锁
抢锁成功?
执行临界区

非公平锁吞吐量通常更高，因为减少了严格排队带来的调度成本。但它可能让队列里的老线程等得更久。

ReentrantLock 有哪些能力

ReentrantLock 是 JUC 里的可重入锁。它和 synchronized 一样能互斥、能重入，但提供了更多控制能力：

能力	synchronized	ReentrantLock
自动释放锁	是	否，需要 unlock()
可重入	是	是
公平锁	不支持显式选择	构造器可选择
可中断等待	不方便	lockInterruptibly()
超时获取锁	不支持	tryLock(timeout, unit)
多条件队列	一个 WaitSet	多个 Condition

基本用法一定要写成 try finally：

ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

lock.lock();
try {
    // 临界区
} finally {
    lock.unlock();
}

ReentrantLock 不会像 synchronized 那样自动释放锁。如果忘了 unlock()，后面的线程可能永远等下去。

公平锁和非公平锁

ReentrantLock 默认是非公平锁：

ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

也可以传 true 创建公平锁：

ReentrantLock fairLock = new ReentrantLock(true);

内部大致是选择不同的 Sync 实现：

public ReentrantLock() {
    sync = new NonfairSync();
}

public ReentrantLock(boolean fair) {
    sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
}

非公平锁不是"乱来"，它只是允许新线程先尝试 CAS 抢锁。如果失败，还是会进入 AQS 队列。

可中断和可超时

synchronized 的一个限制是，线程如果阻塞在获取锁上，不太方便被取消。

ReentrantLock 可以用 lockInterruptibly()：

try {
    lock.lockInterruptibly();
} catch (InterruptedException e) {
    Thread.currentThread().interrupt();
    return;
}

try {
    // 临界区
} finally {
    lock.unlock();
}

也可以用 tryLock() 设置超时时间：

if (!lock.tryLock(2, TimeUnit.SECONDS)) {
    System.out.println("获取锁失败");
    return;
}

try {
    // 临界区
} finally {
    lock.unlock();
}

这在业务系统里很有用。比如一个操作拿不到锁就快速失败，不要一直把请求线程挂死。

多条件变量

synchronized 每个对象只有一个 WaitSet，调用 notify() 或 notifyAll() 时很难精准唤醒某一类等待线程。

ReentrantLock 可以创建多个 Condition：

static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
static Condition c1 = lock.newCondition();
static Condition c2 = lock.newCondition();

不同条件的线程进入不同等待队列，需要时可以精准唤醒。
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AQS 同步队列
Condition c1 等待队列
Condition c2 等待队列
c1.signal / signalAll
c2.signal / signalAll

注意，await()、signal() 这些方法也必须在持有锁的情况下调用。

synchronized 和 Lock 怎么比较

可以从三个层面说。

语法层面：

synchronized 是关键字，JVM 层面实现，退出同步代码块自动释放锁。Lock 是接口，JDK 层面实现，需要手动释放锁。

功能层面：

二者都能互斥、同步、重入。Lock 额外支持公平锁、可中断、可超时、多条件变量等能力。

性能层面：

早期 synchronized 性能较弱，但后来有偏向锁、轻量级锁等优化，低竞争场景并不差。竞争复杂、需要更多控制能力时，ReentrantLock 更灵活。

面试怎么答

可以这样讲：

AQS 是 JUC 里构建锁和同步工具的基础框架，核心是一个 volatile int state 和一条 FIFO 双向队列。线程获取资源时会先用 CAS 修改 state，成功就获取资源，失败就封装成 Node 进入队列等待。

ReentrantLock 底层就是基于 AQS 实现的。它默认是非公平锁，也可以通过构造器创建公平锁。非公平锁允许新来的线程先 CAS 抢一下锁，公平锁会先判断队列里是否已有等待线程。

相比 synchronized，ReentrantLock 支持可中断、可超时、公平锁、多条件变量，但必须在 finally 里手动 unlock()。如果只是简单互斥，synchronized 更简洁；如果需要更强控制能力，用 ReentrantLock 更合适。