Java AQS 独占锁和共享锁的底层获取与释放流程怎么设计

夜敏君_3881

夜敏君_3881

2026-09-12

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原创

aqs通过统一队列和state管理抽象独占与共享模型:独占模式用tryacquire/tryrelease,只唤醒一个后继;共享模式用tryacquireshared/tryreleaseshared,支持传播唤醒多个后继,并以node.shared标记区分节点类型。

java aqs 独占锁和共享锁的底层获取与释放流程怎么设计

Java AQS(AbstractQueuedSynchronizer)通过统一的同步队列和状态管理机制,抽象出独占与共享两种资源征用模型。其设计核心不在于重复实现排队、唤醒等底层逻辑,而在于将“是否允许多线程同时持有”这一语义差异,下沉到 tryAcquire/tryAcquireShared 等模板方法中,由子类决定资源分配规则。

独占锁的获取与释放流程

以 acquire(int arg) 为入口:

  • 先调用 tryAcquire(arg) 尝试获取锁;若成功(返回 true),直接结束,线程继续执行
  • 若失败,则调用 addWaiter(Node.EXCLUSIVE) 将当前线程封装为独占模式节点,插入同步队列尾部
  • 进入 acquireQueued(node, arg) 自旋:仅当该节点前驱是头节点且再次调用 tryAcquire 成功时,才将自身设为头节点并退出;否则挂起(LockSupport.park())
  • 释放时调用 release(int arg):先执行 tryRelease(arg) 修改 state;若成功,唤醒同步队列中头节点的首个有效后继节点(unparkSuccessor(head))

共享锁的获取与释放流程

以 acquireShared(int arg) 为入口:

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  • 调用 tryAcquireShared(arg),返回值决定后续行为:
     • ≥ 0:表示获取成功,且可能还有剩余资源供后续线程使用,直接返回
     • < 0:表示获取失败,进入等待队列
  • 失败时调用 doAcquireShared(arg):同样入队(addWaiter(Node.SHARED)),自旋检查前驱是否为头节点,并反复尝试 tryAcquireShared
  • 释放时调用 releaseShared(int arg):执行 tryReleaseShared(arg) 后,会遍历同步队列,**唤醒所有处于共享模式且 waitStatus 允许的后续节点**(关键区别:不是只唤醒一个)

关键设计差异点

这些差异决定了两种模式的行为边界:

  • state 含义不同:独占锁通常用 state=0/1 表示是否被占用(可重入则 >1);共享锁中 state 往往代表可用许可证数(如 Semaphore)、读锁计数(如 ReentrantReadWriteLock 高16位)等可累加资源量
  • 唤醒策略不同:独占锁释放后只唤醒一个后继;共享锁释放后需传播唤醒——因为多个线程可能同时满足条件,需确保“有资源就尽量分发”,避免漏唤醒
  • 节点标记不同:Node 的 nextWaiter 字段用于区分模式——== Node.SHARED 表示共享节点,== null 或 == Node.EXCLUSIVE(实际为 null)表示独占节点
  • 中断与超时支持粒度不同:AQS 提供 acquireInterruptibly 和 tryAcquireNanos 等变体,但共享模式下因涉及传播,中断处理更复杂(例如部分线程已获锁,部分被中断)

为什么这样设计?

AQS 不做业务判断,只提供可靠队列+原子状态+线程调度三件套。它把“谁可以拿”“拿几个”“拿完要不要通知别人”全部交给子类实现,从而支撑 ReentrantLock(独占)、Semaphore(共享)、CountDownLatch(共享)、ReentrantReadWriteLock(混合)等多样化同步组件。这种基于模板方法 + CAS + FIFO 队列的设计,既保证了通用性,又避免了每个工具重复造轮子。

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