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详解Java中的AbstractQueuedSynchronizer (AQS)_类库自定义同步器的核心

P粉602998670

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发布时间:2026-02-25 04:33:22

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来源于php中文网

原创

自定义锁卡死或抛异常的主因是未正确实现aqs契约:tryacquire必须原子返回true/false,state需按语义精确使用,shouldparkafterfailedacquire不可出错,且不可在其中抛异常或阻塞。

详解java中的abstractqueuedsynchronizer (aqs)_类库自定义同步器的核心

为什么你的自定义锁总在 tryAcquire 里卡死或抛 IllegalMonitorStateException

AQS 不是直接拿来用的工具类,它要求你严格遵守“状态 + 模式”契约。最常见问题:没重写 tryAcquire 却调用了 acquire,或者重写了但返回 false 后没处理线程阻塞逻辑,导致调用方无限等待。

关键点在于:AQS 自身不管理任何锁语义,tryAcquire 返回 true 才算获取成功;返回 false 时,它才会把当前线程包装成节点、入队、挂起——这个过程依赖你已正确实现 getState/compareAndSetState,且未被其他线程抢先修改状态。

  • tryAcquire 必须是原子、无副作用的判断逻辑;不要在里面 sleep、IO 或调用可能阻塞的方法
  • 如果你的同步器支持可重入(比如 ReentrantLock),tryAcquire 要检查当前线程是否已是持有者,而不是只看 state == 0
  • 别在 tryAcquire 里抛异常来“拒绝获取”,AQS 期望你用返回 false 表达竞争失败

AbstractQueuedSynchronizerstate 字段到底该怎么用

state 是 AQS 唯一的状态载体,int 类型,所有同步语义都靠它编码。它的含义完全由子类定义,AQS 只提供 getStatesetState 和原子的 compareAndSetState

典型误用:把 state 当作布尔标志(0/1)却忽略多线程下 CAS 失败重试,或把它当计数器却没处理溢出和负值边界。

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  • 信号量(Semaphore)用 state 表示剩余许可数,acquire 做减法,release 做加法
  • 可重入锁(ReentrantLock)用 state 记录重入次数,同时配合 Thread 变量记录当前持有者
  • 如果需要多个维度状态(如读写锁),必须把多个字段压缩进一个 int,或改用 long(需自行实现 CAS long 版本)

为什么 acquireInterruptibly 不响应中断,而 doAcquireInterruptibly 又会抛 InterruptedException

这不是 bug,是分层设计:上层 API(如 acquireInterruptibly)负责入口校验和中断传播,底层模板方法(如 doAcquireInterruptibly)才真正处理线程挂起与唤醒逻辑。一旦线程在队列中被挂起后收到中断,AQS 会清理节点并抛出异常,但前提是你的子类没有屏蔽或吞掉它。

常见坑:在 tryAcquire 中做了耗时操作,此时中断来了,但你没检查 Thread.interrupted(),导致中断状态丢失;或者你在 finally 块里调用了 selfInterrupt() 却忘了恢复中断标记。

  • 所有带 Interruptibly 后缀的方法,都要求你在进入等待前检查中断,且在被唤醒后重新抛出 InterruptedException
  • acquire 系列方法不响应中断,适合内部不可中断场景;acquireInterruptibly 应用于用户可取消的操作(如带超时的锁获取)
  • 不要在 tryAcquire 里捕获 InterruptedException 并吞掉——那是 AQS 队列层的事

自定义同步器上线后 CPU 飙高,大概率是 shouldParkAfterFailedAcquire 实现错了

AQS 队列中节点的状态流转非常敏感。shouldParkAfterFailedAcquire 决定当前节点是否该挂起。如果它永远返回 false,线程就会在 acquire 循环里空转,吃满 CPU;如果它过早返回 true,又可能导致唤醒丢失,线程永久休眠。

标准实现里,它会先跳过所有 CANCELLED 节点,再把前驱设为 SIGNAL,最后返回 true。你不能跳过这步,也不能在没确保前驱能唤醒自己的前提下就挂起。

  • 不要自己 new Node() 或修改 waitStatus 后不触发唤醒逻辑
  • 如果你的同步器支持“条件队列”(如 ConditionObject),signal 必须把节点从条件队列移到同步队列,并显式设置前驱的 waitStatus = SIGNAL
  • 调试时可用 Thread.dumpStack() 查看线程是否卡在 LockSupport.park 或死循环里

真正难的不是写对几个方法,而是理解每个状态变更背后对应的线程生命周期和内存可见性约束。稍有偏差,就变成偶发超时、唤醒失效或静默死锁——这些不会报错,只会让系统在高并发下慢慢变脆。

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