Java AQS独占锁与共享锁的实现差异

Java 并发包（JUC）中的 AbstractQueuedSynchronizer（AQS）是构建锁和同步器的基础框架。AQS 内部主要维护了一个由双向链表组成的同步队列，并使用一个 volatile int state 变量来表示同步状态。理解独占锁与共享锁的实现差异，关键在于掌握它们对 state 的定义、节点入队的标记方式以及锁释放后的唤醒传播机制。

1. 理解核心概念与资源访问模式

区分 两种锁的并发访问策略。

• 独占锁：采用悲观策略。同一时刻只允许一个线程持有锁。当锁被占用时，其他尝试获取的线程必须进入同步队列等待。
• 共享锁：采用乐观策略。同一时刻允许多个线程同时持有锁。多个线程可以并发访问共享资源。

识别 常见的实现类。

2. 剖析 AQS 队列中的节点模式

AQS 中的每一个等待线程都被封装成一个 Node 节点。查看 源码可知，节点通过 nextWaiter 属性区分模式。

• 独占模式：节点被标记为 Node.EXCLUSIVE。
• 共享模式：节点被标记为 Node.SHARED。

实现 独占锁获取时，AQS 模板方法会 调用 tryAcquire(int arg)。子类（如 ReentrantLock）需 重写 该方法，利用 CAS 修改 state 从 0 变为 1（或重入计数加 1）。如果修改失败，线程将 封装 为 Node.EXCLUSIVE 节点并 加入 同步队列尾部。

实现 共享锁获取时，AQS 模板方法会 调用 tryAcquireShared(int arg)。子类（如 Semaphore）需 重写 该方法，通常利用 CAS 修改 state 减小剩余许可数。如果剩余资源不足，线程将 封装 为 Node.SHARED 节点并 加入 同步队列尾部。

3. 掌握锁获取与状态判断逻辑

分析 acquireShared 的核心源码逻辑。与独占锁直接阻塞不同，共享锁在获取失败时会有特殊的判断逻辑。

public final void acquireShared(int arg) {
    // tryAcquireShared 返回值 >= 0 表示获取成功
    // 返回值 < 0 表示获取失败，需执行 doAcquireShared 进入队列
    if (tryAcquireShared(arg) < 0)
        doAcquireShared(arg);
}

执行 doAcquireShared(int arg) 方法中的自旋逻辑。

1. 获取 当前节点的前驱节点 p。
2. 判断 前驱节点是否为头节点（head）。如果是，说明当前节点有机会获取锁。
3. 尝试 再次调用 tryAcquireShared(arg) 获取锁。
   • 若返回值 r >= 0，说明获取成功。
   • 调用 setHeadAndPropagate(node, r)。这一步不仅将当前节点设为头节点，还会根据返回值决定是否唤醒后继节点。
4. 若前驱节点不是头节点，或获取锁失败，则 检查 前驱节点的 waitStatus 是否为 SIGNAL，若是，则 挂起 当前线程。

4. 深究唤醒机制与传播行为（核心差异）

这是独占锁与共享锁最本质的区别。对比 两者的唤醒流程。

解读 独占锁的唤醒行为：

• 当持有锁的线程 执行 release() 操作后，头节点会 唤醒 队列中的第一个后继节点。
• 被唤醒的节点 获取 锁成功后，将自己 设置 为新的头节点。
• 关键点：新的头节点仅仅负责执行自己的任务，不会 主动去唤醒它的后继节点。唤醒工作必须等待该线程显式 调用 release() 触发。这保证了独占性，同一时间只有一个线程在运行。

解读 共享锁的唤醒行为（传播机制）：

• 当头节点 执行 releaseShared() 时，会 调用 doReleaseShared() 唤醒 后继节点。
• 后继节点被唤醒并 执行 setHeadAndPropagate 方法成为新头节点时，不仅设置自己为头节点，还会 检查 propagate 参数（通常表示剩余资源量）或旧的 waitStatus。
• 关键点：如果满足条件（例如 propagate > 0），新的头节点会立即 调用 doReleaseShared()，继续 唤醒 它的下一个后继节点。
• 这种机制使得共享锁的状态能够“向后传播”，多个等待的共享线程可以连续被唤醒并执行，无需每次都等待前一个线程显式释放。

5. 对比关键源码方法

对比 独占锁与共享锁在 AQS 中涉及的核心方法签名与作用。

注意 state 变量的含义差异。

• 在 ReentrantLock（独占）中，state 为 0 表示无锁，大于 0 表示重入次数。
• 在 Semaphore（共享）中，state 表示剩余的许可数量。
• 在 CountDownLatch（共享）中，state 表示还需要倒计数的次数，减至 0 时所有等待线程被唤醒。