Java 中怎么在并发编程中理解 AQS 同步队列中的 FIFO 双向链表与节点入队挂起逻辑

陌瑶大大_7671

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2026-08-16

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原创

aqs同步队列本质是基于clh思想的虚拟fifo双向链表,用于线程排队与唤醒;它由volatile head/tail指向node节点,节点含thread、prev/next和waitstatus,入队后线程park阻塞,释放时唤醒head.next节点。

java 中怎么在并发编程中理解 aqs 同步队列中的 fifo 双向链表与节点入队挂起逻辑

AQS 的同步队列本质是一个基于 CLH 思想变体的 FIFO 双向链表,它不负责业务逻辑,只管“排队”和“唤醒”。理解它,关键不是背结构,而是看清线程怎么进来、怎么停、怎么被叫醒。

同步队列不是真实队列,而是虚拟双向链表

AQS 的队列头(head)和尾(tail)都是 volatile Node 引用,初始为 null。第一个争抢失败的线程会触发队列初始化:先创建一个空的哨兵节点作为 head,再把当前线程封装成新节点,通过 CAS 原子操作插入到 tail 后面。这个过程保证了多线程安全入队。

  • 每个 Node 包含:thread(关联线程)、prev/next(前后指针)、waitStatus(状态标识,如 SIGNAL 表示后继可被唤醒)
  • head 节点永远是“已获取资源”的线程(或虚节点),真正等待的是从 head.next 开始的节点
  • tail 永远指向最后一个入队节点,所有新节点都追加到 tail 后,然后更新 tail 指针

节点入队后立即挂起,靠 LockSupport.park() 实现

线程在 tryAcquire 失败后,并不会轮询等待,而是走标准流程:构造 Node → 入队 → 设置前驱节点的 waitStatus 为 SIGNAL → 调用 LockSupport.park() 进入阻塞态。此时线程让出 CPU,不消耗资源。

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  • 挂起前会检查一次:如果前驱节点是 head,说明自己可能是下一个获锁者,会再尝试一次 tryAcquire,避免过早阻塞
  • 挂起后线程处于 WAITING 状态,JVM 层面由本地方法 park() 控制,与 Object.wait() 不同,它不依赖 synchronized
  • 被唤醒不等于获得锁,只是重新参与竞争——唤醒后仍要调用 tryAcquire 再判断 state 是否可用

FIFO 的公平性体现在“谁先到谁先得”,但非公平锁会绕过队列

公平锁模式下,每次 acquire 都先检查队列是否为空且当前线程是否排在 head 后面;只要队列非空,就强制入队,不给插队机会。而非公平锁在 acquire 时会先直接 CAS 尝试抢锁,失败才入队——这就是“插队”的来源。

  • ReentrantLock 默认是非公平的,所以即使有线程在队列里等着,新来的线程也可能抢先拿到锁
  • 队列本身不干预抢锁行为,它只忠实地记录“谁在等、谁在前、谁在后”,调度权交给上层实现
  • state 的 CAS 修改 + waitStatus 的状态流转 + park/unpark 的配合,共同构成原子协作链条

不复杂但容易忽略:AQS 队列不是用来“计时”或“优先级排序”的,它只做一件事——按到达顺序组织等待者,并在资源释放时精准唤醒最前面那个。

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