aqs原理解析

作为一名常年被各种锁和同步问题“毒打”的Java程序员，深刻理解AQS原理绝对是面试通关必备技能。今天就来聊聊这个并发包核心基石，让你在面试时能清晰解析锁背后的运作机制。

AQS原理的核心，其实就是一个 state 变量 + 一个 FIFO等待队列（CLH变体） 。它定义了一套同步状态的管理和线程排队等待/唤醒的框架，像ReentrantLock、Semaphore、CountDownLatch这些工具都是基于它实现的。

核心机制：State与队列

想象面试官问：“AQS怎么管理同步状态的？”你可以这样答：

volatile int state：这是核心！代表共享资源的状态。比如：
- 在ReentrantLock中，state=0表示锁空闲，state>0表示锁被持有（且数值代表重入次数）。
- 在Semaphore中，state表示可用的许可证数量。
- 在CountDownLatch中，state表示还需要等待的计数。线程通过CAS操作（compareAndSetState）来尝试修改state，这是实现非阻塞同步的关键。
CLH队列（FIFO）：当线程尝试获取资源失败（比如state不满足条件），AQS会将该线程包装成一个Node节点，通过CAS操作入队。这个队列是双向链表结构，遵循公平的FIFO原则（公平模式下）。

获取资源（acquire）流程

面试高频：“讲讲acquire(int arg)的过程？” 流程如下：

tryAcquire (需子类实现)：线程首先尝试直接获取资源。这是非阻塞操作，子类（如ReentrantLock.Sync）根据具体语义实现逻辑（通常是CAS修改state）。成功直接返回。
入队等待：如果tryAcquire失败（资源已被占用），AQS调用addWaiter(Node.EXCLUSIVE)将当前线程包装成独占模式的Node节点，并通过CAS安全地添加到队尾。
acquireQueued：入队后，在循环中：
- 检查前驱节点是否是头节点（说明马上轮到自己了）。
- 如果是头节点，再次尝试tryAcquire。
- 如果成功获取资源，将自己设为新的头节点（原头节点出队），返回。
- 如果不是头节点或再次失败，则调用shouldParkAfterFailedAcquire判断是否需要阻塞当前线程（检查前驱节点的waitStatus，主要是看是否已设置SIGNAL）。
- 如果需要阻塞，则调用parkAndCheckInterrupt方法，最终调用LockSupport.park(this)挂起线程，等待被唤醒。
- 唤醒后（通常是前驱节点释放资源后唤醒它），继续循环尝试步骤。

释放资源（release）流程

“那释放资源release(int arg)呢？”

tryRelease (需子类实现)：首先尝试释放资源。子类实现逻辑（通常是CAS修改state）。必须确保释放操作是线程安全的。
唤醒后继：如果tryRelease成功（意味着资源可能变得可用），则调用unparkSuccessor(Node h)。
- 找到头节点h。
- 如果头节点的waitStatus < 0（通常是SIGNAL），则通过CAS将其置零。
- 查找头节点之后第一个未取消的节点s。
- 如果s不为null，调用LockSupport.unpark(s.thread)唤醒该节点对应的线程。被唤醒的线程会从之前阻塞的地方（parkAndCheckInterrupt）继续执行，再次尝试获取资源（acquireQueued中的循环）。

共享模式 vs 独占模式

面试官可能追问：“AQS支持共享和独占两种模式，区别在哪？”

独占模式 (EXCLUSIVE)：资源一次只允许一个线程访问。如ReentrantLock。上面描述的流程主要基于独占模式。
共享模式 (SHARED)：资源一次允许多个线程访问（数量由state控制）。如Semaphore、CountDownLatch。
- 获取 (acquireShared)：基本流程类似独占模式acquire，但tryAcquireShared需要返回剩余可用资源数。成功获取后，如果还有剩余资源，会传播式唤醒后续的共享节点。
- 释放 (releaseShared)： tryReleaseShared成功后，需要传播式唤醒等待队列中的后继节点（共享节点）。

AQS中的中断与超时

“AQS如何处理中断和超时？”

中断：在acquire方法族（acquireInterruptibly）或acquireQueued循环中检测到中断，会抛出InterruptedException。关键方法parkAndCheckInterrupt在唤醒后返回中断标志。
超时： tryAcquireNanos等方法在获取资源时加入超时判断。如果在规定时间内未成功获取，则返回false。核心是使用LockSupport.parkNanos进行限时阻塞。