What

AQS(AbstractQueuedSynchronizer)被认为是 J.U.C 的核心类。 AQS是一个用来构建锁和同步器的框架， 它提供了一个基于FIFO队列（First Input First Output），可以用于构建锁或者其他相关同步装置的基础框架。

• 场景：

使用AQS能简单且高效地构造出应用广泛的大量的同步器，比如我们提到的ReentrantLock，Semaphore，其他的诸如ReentrantReadWriteLock，SynchronousQueue，FutureTask等等皆是基于AQS的。当然，我们自己也能利用AQS非常轻松容易地构造出符合我们自己需求的同步器。

核心思想

若被请求的共享资源空闲，则将当前请求资源的线程设置为有效的工作线程，并且将共享资源设置为锁定状态。如果被请求的共享资源被占用，那么就需要一套 线程阻塞等待以及被唤醒时锁分配 的机制，这个机制AQS是用CLH队列锁实现的，即将暂时获取不到锁的线程加入到队列中。

• CLH

CLH(Craig,Landin,and Hagersten)队列是一个虚拟的FIFO双向队列(虚拟的双向队列即不存在队列实例，仅存在结点之间的关联关系，即 链表)。AQS是将每条请求共享资源的线程封装成一个CLH锁队列的一个结点(Node)来实现锁的分配。

AQS使用一个int成员变量state来表示同步状态（是否持有锁），通过内置的CLH队列来完成获取资源线程的排队工作。AQS使用CAS对state进行原子操作实现对其值的修改。当线程将同步状态state释放时，会把CLH队列中的首节点唤醒，使其获取到锁（修改state状态），即 始终保证只有CLH队列的首节点线程持有锁。

private volatile int state;//共享变量，使用volatile修饰保证线程可见性
//返回同步状态的当前值
protected final int getState() {
        return state;
}
 // 设置同步状态的值
protected final void setState(int newState) {
        state = newState;
}
//原子地(CAS操作)将同步状态值设置为给定值update如果当前同步状态的值等于expect(期望值)
protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
        return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
}

AQS 对资源的共享方式

AQS定义两种资源共享方式：

• Exclusive(独占)：只有一个线程能执行，如ReentrantLock。又可分为公平锁和非公平锁：
  • 公平锁：按照线程在队列中的排队顺序，先到者先拿到锁；
  • 非公平锁：当线程要获取锁时，无视队列顺序直接去抢锁，谁抢到就是谁的。
• Share(共享)：多个线程可同时执行，如Semaphore/CountDownLatch。

ReentrantReadWriteLock 可以看成是组合式，因为ReentrantReadWriteLock也就是读写锁允许多个线程同时对某一资源进行读。

不同的自定义同步器争用共享资源的方式也不同。自定义同步器在实现时只需要实现共享资源 state 的获取与释放方式即可，至于具体线程等待队列的维护(如获取资源失败入队/唤醒出队等)，AQS已经在上层已经帮我们实现好了。

How

自定义同步器实现时主要实现以下几种方法：

• isHeldExclusively()：该线程是否正在独占资源。只有用到condition才需要去实现它；
• tryAcquire(int)：独占方式。尝试获取资源，成功则返回true，失败则返回false；
• tryRelease(int)：独占方式。尝试释放资源，成功则返回true，失败则返回false；
• tryAcquireShared(int)：共享方式。尝试获取资源。负数表示失败；0表示成功，但没有剩余可用资源；正数表示成功，且有剩余资源；
• tryReleaseShared(int)：共享方式。尝试释放资源，如果释放后允许唤醒后续等待结点返回true，否则返回false。

以ReentrantLock为例，state初始化为0，表示未锁定状态。A线程lock()时，会调用acquire(int arg) 独占该锁并将state+1。此后，其他线程再acquire(int arg) 时就会失败，直到A线程unlock()到state=0（即释放锁）为止，其它线程才有机会获取该锁。当然，释放锁之前，A线程自己是可以重复获取此锁的（state会累加），这就是可重入的概念。但要注意，获取多少次就要释放多么次，这样才能保证state是能回到零态的。

再以CountDownLatch以例，任务分为n个子线程去执行，state也初始化为n（注意N要与线程个数一致）。这n个子线程是并行执行的，每个子线程执行完后countDown()一次，state会CAS减1。等到所有子线程都执行完后(即state=0)，会unpark()主调用线程，然后主调用线程就会从await()函数返回，继续后续动作。

一般来说，自定义同步器要么是独占方法，要么是共享方式，他们也只需实现tryAcquire-tryRelease、tryAcquireShared-tryReleaseShared中的一种即可。但AQS也支持自定义同步器同时实现独占和共享两种方式，如ReentrantReadWriteLock。

使用示例及分析

详见

Why

AQS底层使用_模板方法模式

同步器的设计是基于模板方法模式的，如果需要自定义同步器一般的方式是这样

使用者继承AbstractQueuedSynchronizer并重写指定的方法。(这些重写方法很简单，无非是对于共享资源state的获取和释放) 将AQS组合在自定义同步组件的实现中，并调用其模板方法，而这些模板方法会调用使用者重写的方法。

默认情况下，每个方法都抛出 UnsupportedOperationException。 这些方法的实现必须是内部线程安全的，并且通常应该简短而不是阻塞。AQS类中的其他方法都是final ，所以无法被其他类使用，只有这几个方法可以被其他类使用。

• 示例：

以ReentrantLock为例，state初始化为0，表示未锁定状态。A线程lock()时，会调用tryAcquire()独占该锁并将state+1。此后，其他线程再tryAcquire()时就会失败，直到A线程unlock()到state=0(即释放锁)为止，其它线程才有机会获取该锁。当然，释放锁之前，A线程自己是可以重复获取此锁的(state会累加)，这就是可重入的概念。但要注意，获取多少次就要释放多么次，这样才能保证state是能回到零态的。

AQS数据结构

AbstractQueuedSynchronizer类底层的数据结构是使用CLH(Craig,Landin,and Hagersten)队列，它是一个虚拟的双向队列(虚拟的双向队列即不存在队列实例，仅存在结点之间的关联关系)；
AQS是将每条请求共享资源的线程封装成一个CLH锁队列的一个结点(Node)来实现锁的分配。

• Sync queue

Sync queue，即同步队列，是双向链表，包括head结点和tail结点，head节点主要用作后续的调度。

• Condition queue

Condition queue不是必须的，其是一个单向链表，只有当使用Condition时，才会存在此单向链表。并且可能会有多个Condition queue。

AQS源码分析

独占锁

在AQS中维护着一个FIFO的同步队列（CLH队列），当线程获取同步状态失败后，则会加入到这个CLH同步队列的队尾并一直保持着自旋。CLH同步队列中的线程在自旋时会判断其前驱节点是否为首节点，如果为首节点则不断尝试获取同步锁，获取成功则从CLH同步队列中移除。当线程执行完逻辑后，会释放同步状态（同步锁），释放后会唤醒其后继节点。

获取锁：acquire(int arg);

1. 调用自定义同步器的tryAcquire()尝试直接去获取资源，如果成功则直接返回；
2. 没成功，则addWaiter()将该线程加入等待队列的尾部，并标记为独占模式；
3. acquireQueued()使线程在等待队列中休息，当前驱节点为头节点时会被前驱节点`（unpark()），然后会去尝试获取资源，获取到资源后才返回。如果在整个等待过程中被中断过，则返回true，否则返回false执行自我中断。
4. 如果线程在等待过程中被中断过，它是不响应的。只是获取锁后才再进行自我中断selfInterrupt()，将中断补上。

释放锁：release(int arg);

共享锁

共享式与独占式的最主要区别在于同一时刻独占式只能有一个线程获取同步锁，而共享式在同一时刻可以有多个线程获取同步锁。例如读操作可以有多个线程同时进行，而写操作同一时刻只能有一个线程进行写操作，其他操作都会被阻塞。

获取锁：acquireShared(int arg);

释放锁：releaseShared(int arg);

详见yuan-code中 jdk1.8_312源码分析[

](https://pdai.tech/md/java/thread/java-thread-x-lock-AbstractQueuedSynchronizer.html)

AQS总结

对于AbstractQueuedSynchronizer的分析，最核心的就是sync queue（CLH同步队列）的分析。

• 每一个节点都是由前一个结点唤醒；
• 当节点发现前驱结点是head并且尝试获取成功，则会轮到该线程运行；
• condition queue中的结点向sync queue中转移是通过signal操作完成的；
• 当结点的状态为SIGNAL时，表示后面的结点需要运行。