深入理解 AbstractQueuedSynchronizer (AQS)：Java 并发的排队管家

最近在准备面试，正把平时积累的笔记、项目中遇到的问题与解决方案、对核心原理的理解，以及高频业务场景的应对策略系统梳理一遍，既能加深记忆，也能让知识体系更扎实，供大家参考，欢迎讨论。

AbstractQueuedSynchronizer 就是：
👉 “一个抽象的、基于队列的同步器”。

• 抽象：自己不能直接用，得继承。
• 排队：管理等待线程的队列。
• 同步器：用于实现各种同步工具（可重入锁、信号量、闭锁…）。

在 Java 并发编程里，虽然平时我们写代码常用的是 ReentrantLock(独占锁)、CountDownLatch(共享锁)、Semaphore，但它们的底层都是靠 AQS 实现的。

1. AQS 是什么？

一句话：
👉 AQS 就是一个排队管家。

• state：state 是个抽象的同步状态，不同场景下有不同解释。
  • 在 ReentrantLock 里，state 表示 锁的重入次数（0 代表未加锁，>0 表示已加锁，并统计重入层数）。
  • 在 CountDownLatch 里，state 表示 计数值（倒计时还有几个）。
  • 在 Semaphore 里，state 表示 剩余的许可数量。
• 队列：没抢到资源的线程，会被放进一个 FIFO 队列。
• 阻塞与唤醒：没轮到的线程，先 park（睡觉）；轮到时，再 unpark（叫醒）。

AQS 不管具体规则，只提供排队机制。子类自己定义“怎么抢”“怎么放”，AQS 负责排队+调度”。

2. 核心流程

拿独占锁为例：

1. 线程调用 lock()，底层走到 AQS 的 acquire()。

2. tryAcquire()：尝试直接抢锁（子类自己实现）。

3. 如果抢不到：

   • 把当前线程打包成 Node → 入队。
   • 调用 LockSupport.park() 把线程挂起。

4. 当持有锁的线程 unlock()：

   • AQS 调用 tryRelease() 释放资源。
   • 唤醒队列里下一个节点的线程。

5. 被唤醒的线程重新去尝试抢锁。

3. ReentrantLock 如何用 AQS？

ReentrantLock 就是基于 AQS 实现的独占锁（独占模式），它的实现类 Sync 继承了 AQS，并重写了关键方法：

• tryAcquire(int arg)：如果没人占用锁，或者自己重入 → 修改 state + 1 并返回 true。
• tryRelease(int arg)： state - 1，若为 0 表示锁完全释放。

剩下的排队、阻塞、唤醒，全由 AQS 管理。

4. CountDownLatch 如何用 AQS？

CountDownLatch 基于 AQS 的 共享模式（Shared） 实现，它的内部类 Sync 继承了 AQS，并重写了关键方法：

• tryAcquireShared(int arg)：检查 state（计数器）是否为 0，如果为 0 → 返回正值，表示可以获取；否则返回负值，表示线程需要排队等待。
• tryReleaseShared(int arg)：原子将 state 减 1，如果减到 0 → 返回 true，AQS 会唤醒所有等待线程。

剩下的排队、阻塞、唤醒，全由 AQS 管理。
很好的抽象，该交给子类去扩展的就封装抽象方法，让子类决定是否支持共享模式