📕我是廖志伟，一名Java开发工程师、Java领域优质创作者、CSDN博客专家、51CTO专家博主、阿里云专家博主、清华大学出版社签约作者、产品软文创造者、技术文章评审老师、问卷调查设计师、个人社区创始人、开源项目贡献者。🌎跑过十五公里、徒步爬过衡山、🔥有过三个月减肥20斤的经历、是个喜欢躺平的狠人。

📘拥有多年一线研发和团队管理经验，研究过主流框架的底层源码(Spring、SpringBoot、Spring MVC、SpringCould、Mybatis、Dubbo、Zookeeper)，消息中间件底层架构原理(RabbitMQ、RockerMQ、Kafka)、Redis缓存、MySQL关系型数据库、 ElasticSearch全文搜索、MongoDB非关系型数据库、Apache ShardingSphere分库分表读写分离、设计模式、领域驱动DDD、Kubernetes容器编排等。🎥有从0到1的高并发项目经验，利用弹性伸缩、负载均衡、报警任务、自启动脚本，最高压测过200台机器，有着丰富的项目调优经验。

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💡在这个美好的时刻，本人不再啰嗦废话，现在毫不拖延地进入文章所要讨论的主题。接下来，我将为大家呈现正文内容。

🌟 一、AQS的底层实现原理

🍊 1. AQS的概述

AQS（AbstractQueuedSynchronizer）是Java提供的一个同步框架，它可以用来实现锁和其他同步工具。AQS的核心思想是共享状态的管理，它通过一个int型的volatile变量来描述同步状态，同时维护一个FIFO队列，用来存放等待线程。在AQS的实现中，同步状态的修改和FIFO队列的维护是通过CAS（Compare-And-Swap）操作实现的。

AQS提供了两种同步方式：独占模式和共享模式。独占模式指的是同一时间只有一个线程可以获取锁，其他线程需要等待独占锁的释放。共享模式指的是多个线程可以同时获取锁，这需要采用读写锁的机制来实现。

🍊 2. AQS的数据结构

在AQS中，同步状态和等待队列是最重要的数据结构。

🎉 (1) 同步状态

同步状态是AQS的核心，它用int类型的变量来描述同步状态。 AQS通过volatile关键字来保证同步状态的可见性，即当同步状态被修改后，所有的线程都可以立即看到最新的值。

同步状态通常用一个整数来表示，整数的值可以表示同步状态的各个属性。在独占模式下，可以使用0表示未锁定状态，1表示锁定状态。在共享模式下，可以使用高16位表示读锁的数量，低16位表示写锁的数量。通过这种方式可以保证同步状态的共享和独占模式可以共存。

🎉 (2) 等待队列

等待队列是AQS中的另一个重要数据结构，用来存储等待获取锁的线程。AQS通过一个FIFO队列来维护等待队列，队列中的每个元素代表一个等待线程。

在AQS的实现中，等待队列使用一个链表来实现。每个节点都包含前驱节点和后继节点，通过这些节点连接起来形成一个FIFO队列。加入队列的方法是通过自旋操作，不断尝试将当前节点加入到队列中。当同步状态的持有者释放锁时，它会尝试唤醒队列中的第一个线程。被唤醒的线程会再次尝试通过CAS操作获取锁，直到它成功获取锁为止。

🍊 3. AQS的锁请求和释放过程

在AQS中，当一个线程需要获取某个同步资源时，它会先尝试通过CAS操作修改同步状态，如果成功获取锁，则直接返回。获取锁的方法取决于同步资源的类型。

🎉 (1) 独占模式

如果是独占资源，那么只有一个线程可以获取锁，其他线程需要等待独占锁释放。此时，获取锁的方法是通过CAS操作修改同步状态，如果成功获取锁，则返回；否则被封装为Node节点，加入到FIFO队列中等待。

如果CAS操作失败，则说明当前线程没有成功获取锁，它就会被封装为一个Node节点，并加入到FIFO队列的尾部。当同步状态的持有者释放锁时，它会尝试唤醒队列中的第一个线程。被唤醒的线程会再次尝试通过CAS操作获取锁，直到它成功获取锁为止。

🎉 (2) 共享模式

如果是共享资源，多个线程可以同时获取锁，这就需要采用读写锁的机制。通过读锁可以实现多个线程同时对同一共享资源进行读操作，而写锁则是独占锁，只允许一个线程进行写操作。获取共享锁的方法是通过尝试通过CAS操作修改同步状态，并判断当前状态是否允许获取共享锁，如果成功获取锁，则返回；否则被封装为Node节点，加入到FIFO队列中等待。

当同步状态的持有者释放锁时，它会尝试唤醒队列中的第一个线程。被唤醒的线程会再次尝试通过CAS操作获取锁，直到它成功获取锁为止。如果获取锁的方式是共享锁，那么会唤醒队列中所有等待线程；如果获取锁的方式是独占锁，那么只会唤醒队列中的第一个线程。

🍊 4. AQS的实战使用场景

AQS是Java提供的一个同步框架，它可以用来实现锁和其他同步工具。AQS的应用非常广泛，常见的应用场景包括：

🎉 (1) ReentrantLock

ReentrantLock是一种可重入锁，它使用AQS来实现锁的功能。在ReentrantLock中，使用一个int变量来表示同步状态。当一个线程获取独占锁时，会将同步状态设置为1，当释放锁时，会将同步状态设置为0。

ReentrantLock支持多种锁模式，包括公平锁和非公平锁。公平锁是指所有等待锁的线程都按照先后顺序依次获取锁，非公平锁是指所有等待锁的线程可以竞争锁。

🎉 (2) Semaphore

Semaphore是一个计数信号量，它也使用AQS来实现。Semaphore的同步状态表示当前还有多少个许可证可用，当一个线程需要获取许可证时，它会尝试通过CAS操作获取许可证，如果成功获取许可证，则计数器减1，否则被封装为Node节点，加入到FIFO队列中等待。

🎉 (3) CountDownLatch

CountDownLatch是一个倒计时门闩，它也使用AQS来实现。CountDownLatch的同步状态表示还有多少个线程需要等待，当一个线程需要等待时，它会将同步状态减1，当同步状态为0时，所有线程都可以继续执行。

🍊 5. AQS的问题和解决方案

AQS在实际应用过程中可能会出现的问题主要有两个：饥饿和死锁。

🎉 (1) 饥饿

饥饿是指某个线程无法获取锁，导致一直处于等待状态，无法执行代码的情况。饥饿的原因有很多，例如锁竞争激烈、锁占用时间过长等。为了解决饥饿问题，可以采用公平锁的方式，保证所有线程都有机会获取锁，避免某个线程一直无法获取锁的情况。

🎉 (2) 死锁

死锁是指两个或多个线程互相持有对方所需的资源，无法继续执行的情况。死锁的原因通常是由于线程获取锁的顺序不当导致的。为了避免死锁，可以规定所有线程获取锁的顺序相同，例如都按照顺序1、2、3的方式获取锁，这样可以避免死锁的发生。

🌟 二、总结

总的来说，AQS是Java中一个非常重要的同步框架，它采用了一种非常高效的实现方式，通过CAS操作和等待队列的维护，实现了同步状态的共享和独占，并支持多种锁模式。AQS的应用非常广泛，可以用来实现ReentrantLock、Semaphore、CountDownLatch等同步工具。在实际使用过程中，需要注意饥饿和死锁问题，采用公平锁和规定获取锁的顺序等方式，可以有效避免这些问题的发生。

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