Java并发编程系列：搞透AQS原理(流程图及队列图解)

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在并发编程领域，AQS号称是并发同步组件的基石，很多并发同步组件都是基于AQS实现，所以想掌握好高并发编程，你需要掌握好AQS@mikechen

本篇主要通过对AQS的实现原理、数据模型、资源共享方式、获取锁的过程，让你对AQS的整体设计有清晰了解，让你迈出高并发编程的第一步。

AQS简介

AQS（AbstractQueuedSynchronizer）就是一个抽象的队列同步器，AQS定义了一套多线程访问共享资源的同步器框架，许多同步类实现都依赖于它。

AQS的主要作用是为Java中的并发同步组件提供统一的底层支持，比如大家熟知的：

• ReentrantLock
• Semaphore
• CountDownLatch
• CyclicBarrier

等并发类均是基于AQS来实现的。

AQS的数据模型

AQS 使用上图的资源变量 state来表示同步状态，通过内置的 CLH FIFO 队列来完成获取资源线程的排队工作，这里会涉及到三个要素：

1.AQS的三个核心成员变量

• 共享资源：volatile int state(代表共享状态）
• 队头节点：head头节点
• 队尾节点：tail尾节点

head、tail、state三个变量都是volatile的，通过volatile来保证共享变量的可见性。

2.AQS中state状态的变更是基于CAS实现的

主要有三种方法：

• getState()
• setState()
• compareAndSetState()

state状态通过volatile保证共享变量的可见性，再由CAS 对该同步状态进行原子操作，从而保证原子性和可见性。

3.CLH队列(FIFO队列)

CLH队列通过内置的FIFO队列（Node来实现），来完成线程等待排队 （多线程争用资源被阻塞时会进入此队列）。

AQS资源共享方式

AQS定义两种资源共享方式：

1.独占锁Exclusive

独占模式下时，其他线程试图获取该锁将无法取得成功，只有一个线程能执行，如ReentrantLock采用独占模式。

ReentrantLock还可以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

2.共享锁shared

多个线程获取某个锁可能会获得成功，多个线程可同时执行，如：Semaphore、CountDownLatch。

AQS的锁获取与释放原理

1.线程获取锁流程：

• 线程A获取锁，state将0置为1，线程A占用
• 在A没有释放锁期间，线程B也来获取锁，线程B获取state为1，表示线程被占用，线程B创建Node节点放入队尾(tail)，并且阻塞线程B
• 同理线程C获取state为1，表示线程被占用，线程C创建Node节点，放入队尾，且阻塞线程

2.线程释放锁流程：

• 线程A执行完，将state从1置为0
• 唤醒下一个Node B线程节点，然后再删除线程A节点
• 线程B占用，获取state状态位，执行完后唤醒下一个节点 Node C,再删除线程B节点

更加详细的锁获取和释放过程，建议通过查看源码的方式学习AQS独占模式和共享模式下的获取锁过程。

AQS总结

本文主要介绍AQS的数据模型、CLH队列、资源共享方式、以及锁的获取与释放流程，来介绍AQS的实现原理

让大家能对AQS有一个整体的了解，只有对整体的设计方向有清晰了解，再去跟踪学习源码就会比较轻松了。

后续将详细介绍基于AQS实现的同步组件：ReentrantLock、Semaphore、CountDownLatch。