Java 中 AQS 实现 ReentrantLock 同步的抽象过程

酷瑶大大_9382

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2026-08-02

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原创

reentrantlock 基于 aqs 实现,通过 volatile state 字段记录可重入计数,重写 tryacquire/tryrelease 定义锁逻辑,用 clh 队列管理等待线程,公平性由 acquire 分支控制,全程基于 cas、volatile 和 locksupport 实现。

java 中 aqs 实现 reentrantlock 同步的抽象过程

ReentrantLock 的同步机制本质是基于 AQS(AbstractQueuedSynchronizer)构建的,它把“加锁/解锁”的逻辑转化为对 AQS 内部状态(state)的原子操作和等待队列的管理。

state 字段承载可重入计数

AQS 使用一个 volatile int 类型的 state 字段表示同步状态。ReentrantLock 将其复用为锁的持有次数:

  • 初始值为 0,表示锁未被占用;
  • 线程首次获取锁时,通过 CAS 将 state 从 0 改为 1;
  • 同一线程再次获取(可重入),state 加 1;
  • 每次释放锁,state 减 1,仅当 state 变为 0 时才真正释放锁并唤醒等待者。

独占模式下 tryAcquire / tryRelease 的语义定制

ReentrantLock 通过继承 AQS 并重写两个核心方法来定义锁行为:

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  • tryAcquire(int):判断当前线程能否获取锁。需检查 state 是否为 0(无人持有),或 state > 0 且当前线程已是持有者(支持重入);成功则更新 state 并返回 true;
  • tryRelease(int):尝试释放锁。仅当当前线程是持有者时才允许释放,并将 state 减 1;若 state 归零,清空 exclusiveOwnerThread 并返回 true,触发后续唤醒逻辑。

等待队列管理阻塞与唤醒

当线程抢锁失败,AQS 将其封装为 Node 节点加入 CLH 风格的 FIFO 同步队列:

  • 节点类型为 EXCLUSIVE(独占模式),表示等待获取排他锁;
  • 入队后线程会自旋 + park 挂起,直到前驱节点释放锁并唤醒它;
  • 唤醒后重新尝试 acquire,避免虚假唤醒导致状态错乱。

公平性由 acquire 逻辑分支控制

公平锁与非公平锁的区别不在队列结构,而在 tryAcquire 的实现时机:

  • 非公平锁:先直接 CAS 抢锁(可能插队),失败再入队;
  • 公平锁:始终检查队列是否有前驱节点(即是否有人在等),有则跳过抢锁,直接入队。

整个过程不依赖 monitor 或 synchronized 关键字,而是完全由用户态代码配合 CAS、volatile 和 LockSupport 实现,既保证了线程安全,又提供了可扩展的同步原语基础。

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