深入理解Java AQS机制：从原理到源码解析

Java的AbstractQueuedSynchronizer（简称AQS）是Java并发包中枢纽式的并发工具框架，被广泛应用于各种同步器与锁的实现中，如ReentrantLock、Semaphore、CountDownLatch、ReadWriteLock等。本文将从设计理念、核心数据结构、线程入队出队、状态管理、阻塞策略等多方面，结合源码解析，深入剖析AQS的实现机制，帮助你真正理解这一“神器”的本质。

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一、AQS设计理念与核心技术框架

AQS的设计核心在于：

1. 将同步状态的管理与线程等待队列分离
   — state用于描述同步状态，可看作“许可证”或“计数器”，子类赋予它具体语义；
   — 等待队列用于保存那些等待获取锁的线程，带来了组织多个线程竞争的机制。

2. 提供了独占（Exclusive）与共享（Shared）两种资源获取模式

   • 独占模式：同一时间只有一个线程能持有资源，如排它锁。
   • 共享模式：可以允许多个线程同时持有，如读锁、信号量。

3. 基于FIFO的CLH队列实现等待排队机制
   该队列采用链表结构，保证线程提交的先后顺序公平。结合LockSupport.park()/unpark()阻塞唤醒，实现高效有序的线程管理。

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二、AQS的核心数据结构解析

1. 同步状态 state

• 类型为volatile int，保证多线程情况下的可见性。

• 通过getState() / setState(int)读写，CAS操作compareAndSetState(int expect, int update)保证状态变更的原子性。

• state变量含义由具体的同步器实现定义，比如：

  同步器	state的含义
  ReentrantLock	表示锁的重入次数，0表示锁未被占用
  Semaphore	表示许可数（剩余可用资源数）
  CountDownLatch	表示计数器，直到为0时释放等待线程
  ReadWriteLock	高16位表示读锁计数，低16位表示写锁计数

2. CLH等待队列节点 Node

• Node是AQS的内部静态类，代表队列中的一个线程节点。

• 关键字段有：

  static final class Node {static final int CANCELLED =  1;static final int SIGNAL    = -1;static final int CONDITION = -2;static final int PROPAGATE = -3;volatile int waitStatus;volatile Node prev;volatile Node next;volatile Thread thread;Node nextWaiter; // 用于Condition等待队列// 标志节点类型final boolean isShared