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什么是Java中的AQS同步框架_ReentrantLock与Semaphore的底层实现

大敏吖_8436

大敏吖_8436

发布时间:2026-02-21 16:29:03

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来源于php中文网

原创

ReentrantLock 通过 AQS 的 state 字段记录持有锁次数实现可重入,每次 lock() 加 1、unlock() 减 1,仅当 state=0 才真正释放;公平性由 tryAcquire 是否检查 hasQueuedPredecessors() 决定。

什么是java中的aqs同步框架_reentrantlock与semaphore的底层实现

ReentrantLock 底层怎么靠 AQS 实现可重入

AQS(AbstractQueuedSynchronizer)不是直接被调用的工具类,而是通过子类复写 tryAcquire 和 tryRelease 来定义“加锁”和“解锁”的语义。ReentrantLock 的公平/非公平模式,本质就是这两个方法的具体实现差异。

可重入的关键在于:AQS 的 state 字段不只表示“有没有锁”,而是记录当前线程持有锁的次数。每次 lock() 成功,state 加 1;每次 unlock(),state 减 1;减到 0 才真正释放锁。

  • 非公平模式下,tryAcquire 会先用 CAS 尝试抢锁(不管队列里有没有人等着),抢不到再进队列
  • 公平模式下,tryAcquire 会先查 hasQueuedPredecessors() —— 如果队列非空,就直接放弃抢锁,老老实实排队
  • 注意:Thread.currentThread() 必须和 AQS 内部保存的 exclusiveOwnerThread 一致,才能做重入判断;否则就算 state > 0 也进不了重入逻辑

Semaphore 的 permits 是怎么被 AQS 管理的

Semaphore 不是“锁某个资源”,而是维护一个可用许可数(permits)。它的 AQS 子类把 state 直接当作剩余 permits 数来用,acquire(1) 对应 state -= 1,release(1) 对应 state += 1。

和 ReentrantLock 最大区别是:Semaphore 不绑定线程。acquire() 成功后,任何线程都能调用 release() —— 这意味着它不能靠 exclusiveOwnerThread 判断归属,全靠 state 计数本身。

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  • 构造时传 true 表示公平模式,会走 AQS 的 hasQueuedPredecessors() 检查,避免新请求插队
  • 调用 acquireUninterruptibly() 会忽略中断,但底层仍是基于 AQS 的 acquire() 流程,只是把 Thread.interrupted() 清掉了
  • 如果 permits = 0 时多个线程同时 acquire(),它们会按顺序挂进 AQS 的 CLH 队列,等后续 release() 唤醒

为什么 new ReentrantLock() 默认是非公平的

性能。非公平模式允许刚释放锁的线程立刻再次抢到锁(即“锁重入”或“锁复用”),避免了进出队列的开销和上下文切换。在多数竞争不激烈、线程执行时间短的场景下,吞吐量更高。

  • 公平模式虽然能保证等待时间长的线程优先获得锁,但每次加锁都要检查队列,且唤醒时还要做一次 CAS,平均延迟更高
  • 即使开了公平模式,也不能完全避免“插队”:比如一个线程在 tryAcquire 返回 false 后、进入队列前,另一个线程刚好释放锁并触发唤醒,这时新来的请求仍可能抢先获取
  • 别指望公平模式解决死锁或活锁——它只管排队顺序,不管业务逻辑是否形成循环等待

AQS 的 waitStatus 字段容易被误解的点

waitStatus 是 AQS Node 里的一个 volatile int 字段,用于标记节点状态,不是“线程状态”。常见值有 0(初始化)、CANCELLED(1)、SIGNAL(-1)、CONDITION(-2)、PROPAGATE(-3)。其中 SIGNAL 最关键:它表示“当前节点的后继节点已被阻塞,需要我释放锁时通知它”。

  • 这个字段不是由线程自己设的,而是前驱节点在 park 前设的——也就是说,“通知谁”是由前驱决定的,不是自己声明的
  • CANCELLED 节点不会被唤醒,也不会参与唤醒传播,但会留在队列里,直到被前驱或后继“跳过”
  • 别手动改 waitStatus:AQS 内部用 CAS 更新,外部修改既无效也不安全
AQS 的核心其实是“用一个 int 状态 + 一个 FIFO 队列 + 若干原子操作”,把同步语义和线程调度解耦。真正难的不是看懂源码,而是想清楚你要同步的是什么——是排他性(ReentrantLock),还是计数资源(Semaphore),还是条件等待(Condition),再决定怎么定制 tryAcquire 和 tryRelease。

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