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极高 困难

AQS原理#

一句话答案#

AQS 是 Java 并发包的骨架，核心：volatile int state（资源状态）+ CLH 队列（等待线程），ReentrantLock/Semaphore/CountDownLatch 都基于它。

核心要点

AQS 是 Java 并发包的骨架，ReentrantLock、Semaphore、CountDownLatch、ReentrantReadWriteLock 都基于它实现；CyclicBarrier 是间接依赖（内部用 ReentrantLock + Condition）。

核心设计：

AQS 的两个核心结构：
1. volatile int state  → 共享资源的状态（锁计数/许可数等）
2. CLH 队列（双向链表）→ 等待获取资源的线程队列
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CLH 队列（FIFO 虚拟队列）：

Head（哑节点）← → Node(thread1, CANCELLED) ← → Node(thread2, SIGNAL) ← → Tail
                                                        ↑
                                                  等待被唤醒的线程
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每个 Node 的状态（waitStatus）：

  • SIGNAL（-1）：后继节点需要被唤醒
  • CANCELLED（1）：线程已取消等待
  • CONDITION（-2）：在条件队列中等待
  • PROPAGATE（-3）：共享模式下传播唤醒

以上 waitStatus 常量和下文的 acquireQueued 是 JDK 8～13 的源码。JDK 14 起 AQS 内部重写（JDK-8229442）：Node 改用 status 字段（WAITING=1 / CANCELLED=负数 / COND=2），去掉了 PROPAGATE，acquireQueued 合并进统一的 acquire(node, arg, shared, interruptible, timed, time)。state + CLH 变体队列 + park/unpark 的整体思路不变。

独占锁的获取流程（以 ReentrantLock 为例）：

1. tryAcquire()：CAS 尝试将 state 从 0 改为 1
   ├─ 成功 → 获锁，直接返回
   └─ 失败 → 当前线程封装为 Node 加入 CLH 队列尾部

2. 进入 acquireQueued() 自旋：
   ├─ 前驱节点是 Head？→ 再次 tryAcquire()（此时有机会获锁）
   │   ├─ 成功 → 出队，成为新的 Head，返回
   │   └─ 失败 → 将前驱 waitStatus 设为 SIGNAL，然后 park() 挂起
   └─ 等待前驱节点 unpark() 唤醒 → 重复自旋
   
3. 释放锁（unlock）：
   tryRelease() 将 state 减 1（重入几次就要释放几次），减到 0 才算真正释放
   unpark(head.next.thread) 唤醒队列中第一个等待线程（next 为空或已取消时从 tail 往前找）
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共享模式（Semaphore / CountDownLatch）：

  • Semaphore：state 是剩余许可数，多个线程可同时持有；减到 0 后再 acquire 的线程排队等待
  • CountDownLatch 方向相反：state > 0 时 await 的线程排队，countDown 减到 0 时一次性唤醒所有等待线程
  • acquireShared() / releaseShared()

面试回答（2分钟版）

AQS 全称 AbstractQueuedSynchronizer，是 Java 并发包的核心骨架，ReentrantLock、Semaphore、CountDownLatch 等都基于它实现。AQS 内部维护两个关键结构：一个 volatile int state 表示资源状态，一个 CLH 双向链表队列存放等待获取资源的线程节点。以 ReentrantLock 为例，线程调用 lock 时先通过 CAS 尝试将 state 从 0 改为 1，成功则直接获锁；失败则把当前线程封装成 Node 加入 CLH 队列尾部，然后检查前驱节点是否为 Head，是的话再尝试一次获锁，仍然失败就将前驱 waitStatus 设为 SIGNAL 并调用 LockSupport.park() 挂起自己。释放锁时 state 减 1，减到 0 才真正释放，然后 unpark 唤醒队列中下一个等待线程。公平锁和非公平锁的区别在于：非公平锁上来直接 CAS 抢，失败才排队；公平锁先检查队列中是否有等待线程，有则老老实实排队。state 在不同实现中含义不同，ReentrantLock 中是重入计数，Semaphore 中是许可数。

追问与易错

追问方向：

  • “公平锁和非公平锁在 AQS 中怎么实现的？”→ 公平锁先看队列是否有等待，非公平直接 CAS 抢
  • “AQS 的 state 在不同实现中表示什么？”→ ReentrantLock 是重入次数，Semaphore 是剩余许可数，CountDownLatch 是剩余计数，ReentrantReadWriteLock 高 16 位是读锁计数、低 16 位是写锁重入数
  • “独占模式和共享模式的区别？”→ 独占 acquire/release，共享 acquireShared/releaseShared

易错点：

  • ❌ “AQS 用的是 CAS 自旋”——入队后是 park 阻塞，不是一直自旋
  • ❌ 混淆 CLH 队列和 Condition 队列——CLH 是同步队列，Condition 是等待队列