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AQS 为什么采用抽象类（abstract class）而不是接口（interface）实现？

news 2025/10/15 7:21:36

AQS 为什么采用抽象类实现而不是接口？

AQS（AbstractQueuedSynchronizer）是 Java 并发包 java.util.concurrent.locks 的核心组件，被广泛用于实现 ReentrantLock、Semaphore、CountDownLatch 等同步器。

核心答案

因为 AQS 需要共享状态管理、提供默认实现、定义模板方法，并且要被子类继承扩展，而接口无法满足这些需求。抽象类是实现“模板方法模式 + 状态封装”的最佳选择。

一、接口 vs 抽象类：本质区别回顾

特性	接口（Interface）	抽象类（Abstract Class）
是否支持字段（成员变量）	❌ 不支持（Java 8+ 支持 static final）	✅ 支持实例字段
是否支持方法实现	✅ 默认方法（default）	✅ 支持具体方法
是否支持构造器	❌	✅
是否支持继承状态	❌	✅
是否支持模板方法模式	有限支持	✅ 完美支持

AQS 需要一个能封装状态、提供公共逻辑、允许子类定制行为的结构 —— 这正是抽象类的强项。

二、AQS 的核心职责

AQS 的主要职责是：

管理同步状态（state）：通过 volatile int state 表示资源的占用情况（如锁是否被持有）。
管理线程排队：使用 FIFO 等待队列（CLH 队列变种）管理等待线程。
提供阻塞/唤醒机制：基于 LockSupport.park() / unpark()。
定义同步语义：由子类决定“如何获取/释放资源”（如独占、共享、公平/非公平）。

三、为什么不能用接口实现？

如果 AQS 是一个接口，会面临以下致命问题：

1. 无法定义共享状态（state）

// AQS 内部有：
private volatile int state;

接口不能有实例字段（只能有 public static final 常量）。
而 state 是每个同步器实例独立的状态（如一个 ReentrantLock 有一个自己的 state），必须是实例变量。
接口无法封装状态 → 无法实现 AQS 的核心功能。

❌ 2. 无法提供默认实现
AQS 提供了大量公共逻辑，例如：

线程入队、出队
线程阻塞与唤醒
条件队列管理
自旋与阻塞策略
这些逻辑是通用的，不应由每个实现类重复编写。

接口（Java 8 前）无法提供方法实现。
即使使用 default 方法，也无法访问实例字段（如 state），因为接口没有状态。

❌ 3. 无法使用模板方法模式
AQS 使用了经典的模板方法模式（Template Method Pattern）：

// AQS 中的模板方法
public final void acquire(int arg) {if (!tryAcquire(arg) &&acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))selfInterrupt();
}

acquire() 是final 方法，封装了完整的获取流程。
tryAcquire(arg) 是抽象方法，由子类实现具体逻辑（如是否可重入、是否公平）。

这种“父类定义流程，子类实现细节”的模式，只能通过抽象类实现。

接口虽然可以有 default 方法，但无法定义 protected 方法或字段，也无法控制子类的继承结构。

四、抽象类的优势完美契合 AQS

AQS需求	实现方式
封装共享状态	定义 `volatile int state` 和 `private transient Node head, tail` 等字段
提供公共算法骨架	提供 `acquire`、`release`、`acquireShared` 等 `final` 模板方法
允许子类定制行为	定义 `tryAcquire`、`tryRelease` 等 `protected abstract` 方法
隐藏复杂实现细节	队列管理、线程阻塞等细节对子类透明
支持继承与扩展	子类（如 `ReentrantLock.Sync`）继承 AQS，复用所有逻辑

五、举个例子：ReentrantLock 如何使用 AQS

class ReentrantLock {abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {// 子类实现：尝试获取锁protected final boolean tryAcquire(int acquires) {// 实现可重入、公平/非公平逻辑}}
}

Sync 继承 AQS，复用其队列管理、阻塞唤醒逻辑。
只需实现 tryAcquire 等少数方法，即可实现完整的锁语义。
如果 AQS 是接口，Sync 就必须自己实现所有排队、阻塞逻辑，代码量巨大且易错。

六、为什么不用普通类（非抽象）？

因为 AQS 本身不决定“如何获取资源”，这部分必须由子类决定。

所以 tryAcquire 等方法必须是 abstract 的，强制子类实现。

因此必须是 abstract class，不能是普通类。

七、总结

原因	说明
需要封装状态	AQS 需要 state、head、tail 等实例字段，接口无法支持
需要提供默认实现	队列管理、阻塞唤醒等通用逻辑必须由 AQS 实现
使用模板方法模式	acquire 是模板方法，tryAcquire 是钩子方法，抽象类是标准实现方式
支持继承与扩展	子类只需实现少数抽象方法，即可获得完整同步功能
接口无法满足需求	接口无状态、无构造器、难以实现复杂继承体系

一句话总结：