在技术面试的时候，“说下你对 AQS 的理解”，这个问题出现的概率属实不低，而一些技术底子一般的同学，又非常容易被它复杂的底层源码弄得晕头转向。
今天这篇文章，我们就以做减法的方式，将这个知识点彻底地大家讲清楚。
AQS，是 AbstractQueuedSynchronizer（抽象队列同步器）这个类的简称，也是 Java JUC 包中的灵魂，ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock、Semaphore、CountDownLatch、CyclicBarrier 都是通过其实现锁或同步器的。
其核心思想为，在多线程并发访问共享资源时，通过双向链表实现的先进先出 CLH 队列进行线程排队，并通过由 volatile 修饰的 state 变量来标识资源的锁占用状态。
如下图所示：
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在 AQS 中提供了两种资源获取方式：
独占模式（Exclusive），在同一时刻只能有一个线程获取竞态资源，比如：ReentrantLock。
共享模式（Share），在同一时刻可以有多个（参数设定）线程获取竞态资源，比如：CountDownLatch、Semaphore。
AQS 的方法大致分为三类，分别是独占模式下的方法、共享模式下的方法、通过模板方法模式留给子类实现的方法。
独占模式：
// 获取锁publicfinal void acquire(intarg)// 以可中断的方式获取锁publicfinal void acquireInterruptibly(intarg)// 以带超时时间的方式，尝试获取锁publicfinalbooleantryAcquireNanos(intarg,long nanosTimeout)// 释放锁publicfinalbooleanrelease(intarg)
共享模式：
// 获取锁publicfinal void acquireShared(intarg)// 以可中断的方式获取锁publicfinal void acquireSharedInterruptibly(intarg)// 以带超时时间的方式，尝试获取锁publicfinalbooleantryAcquireSharedNanos(intarg,long nanosTimeout)// 释放锁publicfinalbooleanreleaseShared(intarg)
需要子类实现的方法：
// 尝试获取独占锁protectedbooleantryAcquire(intarg);// 尝试释放独占锁protectedbooleantryRelease(intarg);// 尝试获取共享锁protectedinttryAcquireShared(intarg);// 尝试释放共享锁protectedbooleantryReleaseShared(intarg);// 判断当前线程是否正在持有锁protectedbooleanisHeldExclusively();
看到 AQS 父类实现了一部分方法，也预留了一些方法让 ReentrantLock、CountDownLatch、Semaphore、CyclicBarrier 等子类实现，我们想到了哪种设计模式？
是的，模板方法模式。
模板方法模式：定义一个操作中算法的框架，而将一些步骤延迟到子类中，模板方法使得子类可以不改变一个算法的结构，即可重定义该算法的某些步骤。
使用模板方法模式，可以将一个操作的复杂流程的实现步骤进行拆分，封装在一系列基本方法中，在抽象父类提供一个模板方法来定义整体执行步骤，而通过其子类来覆盖某个步骤，从而使得相同的执行步骤可以有不同的执行结果。
类结构如下：
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模板方法模式的优点在于：
代码复用性高，父类的模板方法和具体方法都可以供多个子类复用。
代码灵活性高，可根据业务迭代情况，灵活选择哪部分复用父类具体方法，哪部分进行子类覆盖实现。
嗯，这些底层源码的设计还是非常巧妙的，而设计模式本身也并不是有些人口中的过度设计的“花架子”。
接下来我们看下，ReentrantLock 是如何通过 AQS 来实现锁机制的。
两者间的 UML 图如下所示：
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从图中可以看到，ReentrantLock 中有一个 Sync 内部类，Sync 继承自 AQS，且 Sync 有两个子类 FairSync 和 NonfairSync，分别用于实现公平锁和非公平锁。
我们梳理一下源码，看看 ReentrantLock 如何实现非公平锁的。
代码入口如下，我们看只有两个方法加上一个判断。
publicclass ReentrantLock implementsLock,java.io.Serializable{
abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
final voidlock(){if(!initialTryLock())acquire(1);}
}
}
}
来看下该方法的具体实现，简而言之，该方法尝试以独占的方式获取锁。
static final class NonfairSync extends Sync {
finalbooleaninitialTryLock(){
Threadcurrent=Thread.currentThread();if(compareAndSetState(0,1)){// first attempt is unguardedsetExclusiveOwnerThread(current);returntrue;}elseif(getExclusiveOwnerThread()==current){intc=getState()+1;if(c<0)// overflowthrow new Error("Maximum lock count exceeded");setState(c);returntrue;}elsereturnfalse;}
}
先是通过 compareAndSetState(0, 1) 方法，以原子操作的方式将 AQS 类中的 state 变量值从 0 修改到 1。
我们在上文中提到过，state 变量来标识资源的锁占用状态，0 代表未占用，1 代表已占用，大于 1 则代表锁被重入，那么该操作就是尝试获取锁。
若该操作执行成功，则通过 setExclusiveOwnerThread(current) 作用是将当前线程设置为持有独占锁的线程，并返回 true，代表获取锁成功了。
再往下分析 getExclusiveOwnerThread() == current，这是判断当前线程是否已获取该锁且处于未释放的状态，若判断成立则将 state 变量+1代表重入，并返回 true 表示获取锁成功。
btw：从这段代码逻辑上看，知道为什么叫非公平锁了吧，一上来并没有通过 AQS 排队，而且先去争抢锁。
接下来我们继续来看acquire(1)方法，代码如下：
publicabstract class AbstractQueuedSynchronizer extends AbstractOwnableSynchronizer implements java.io.Serializable{publicfinal void acquire(intarg){if(!tryAcquire(arg))acquire(null,arg,false,false,false,0L);}
}
方法体重有两个方法加上一个判断，先来看 tryAcquire(arg) 方法的执行逻辑。
static final class NonfairSync extends Sync {
protected finalbooleantryAcquire(intacquires){if(getState()==0&&compareAndSetState(0,acquires)){
setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());returntrue;}returnfalse;}
}
这块代码的逻辑竟然跟上面 initialTryLock() 方法的前半段几乎一样，先是通过 compareAndSetState(0, 1) 方法将 AQS 类中的 state 变量值从 0 修改到 1。
若该操作执行成功，则通过 setExclusiveOwnerThread(current) 作用是将当前线程设置为持有独占锁的线程，并返回 true，代表获取锁成功了。
btw：果然是非公平锁啊，这是誓要将插队争抢锁进行到底了。
下面就是 AQS 中的重头戏了，acquire(null, arg, false, false, false, 0L)方法，实现排队获取锁。
代码实现如下：
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这块代码并非主业务链路，先是进行了三个判断，当前节点不是 first 节点和 head 节点，且前驱结点不为null。
btw：head 节点可以理解为“当前持有独占锁的线程”，而在 head 节点之后的线程都处于阻塞、等待被唤醒的状态，而 first 节点则是同步队列中第一个等待获取锁的线程。
接下来 pred.status < 0 代表前驱节点已经被取消，结果为 true 则做一次等待队列清理。
而 pred.prev == null 则是判断前驱节点是否为 null，结果为 true 则跳到下一次循环中。
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这段代码的意思是，在当前节点为 first 节点或前驱节点为 null （未入队）的情况下，继续通过 tryAcquire(arg) 方法尝试获取锁。
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这段代码看起来比较复杂，其实也是有逻辑性的。
1、前两个大的逻辑分支判断的意思是，先创建一个独占节点，并将该节点加入到 CLH 队列的尾部。
2、如果当前节点为 first 节点，且自旋数大于 0，则继续尝试自旋获取锁。
3、将当前节点的状态值设置为“等待中”。
4、当前节点自旋失败，使用 LockSupport.pack() 方法挂起线程。
5、当独占锁被释放，队列中的 first 节点的线程将被唤醒，清除当前节点的等待状态。