JUC 锁与 AQS：JUC 同步器的统一骨架

更新时间：2026-09-20。java.util.concurrent 里的锁、信号量、闩锁看起来各不相同，底层却共享同一个框架 AQS（AbstractQueuedSynchronizer）。看懂 CAS + state + 等待队列三件套，就看懂了整个 JUC。前置：synchronized 与 volatile/JMM。

一、CAS：无锁并发的原子指令

CAS（Compare And Swap） 比较「内存当前值」与「期望值」是否相等，相等才更新为新值，整个动作由 CPU 保证原子：

CAS(内存位置 V, 期望旧值 A, 新值 B)：
  if V == A  →  V = B，成功
  else       →  失败（说明被别人改过），调用方自旋重试

• AtomicInteger.incrementAndGet() 就是循环 CAS（读旧值→算新值→CAS，失败再来），不用加锁。
• ABA 问题：值从 A→B→A，CAS 只看最终相等无法察觉中途被改过；用版本号 AtomicStampedReference 解决。
• 竞争极高时纯自旋会烧 CPU，所以 AQS 在抢不到时会把线程挂起，而不是无限忙等。

二、AQS：state + CLH 等待队列

AQS 用一个 volatile int state 表示同步状态，子类定义 state 的语义；拿不到资源的线程被封装成节点进入一条 FIFO 的 CLH 变体队列阻塞，释放时唤醒队首：

同步器	state 的含义
ReentrantLock	0 空闲；≥1 被持有（可重入时累加，记录独占线程）
Semaphore	剩余许可数
CountDownLatch	剩余计数，归零放行所有等待者
ReentrantReadWriteLock	高 16 位读锁数、低 16 位写锁数

线程1 CAS 抢 state 成功 → 持锁
线程2 CAS 失败 → 入 CLH 队列 → LockSupport.park() 挂起
线程1 释放 state=0 → unpark 队首线程2 → 重新 CAS 抢锁

AQS 还区分独占模式（一次一个线程，如 ReentrantLock）与共享模式（多个线程可同时通过，如 Semaphore/CountDownLatch）。

三、ReentrantLock 相比 synchronized 强在哪

ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);   // true=公平锁
lock.lock();
try {
    // 临界区
} finally {
    lock.unlock();      // 必须在 finally 释放，否则异常后永久死锁
}

if (lock.tryLock(500, TimeUnit.MILLISECONDS)) { // 可超时、可中断
    try { /* ... */ } finally { lock.unlock(); }
} else {
    // 等不到就降级，避免死等
}
Condition cond = lock.newCondition();           // 比 wait/notify 更精细的多条件队列

能力	synchronized	ReentrantLock
可重入	是	是
公平锁	否（仅非公平）	可选公平/非公平
可中断等待	否	lockInterruptibly
超时尝试	否	tryLock(timeout)
多条件队列	一个 wait 集	多个 Condition
释放	自动	必须手动 finally unlock

四、读写锁与常用工具

• ReentrantReadWriteLock：读读共享、读写/写写互斥，适合读多写少；写锁可降级为读锁，反之不可。
• StampedLock（Java 8）：新增乐观读，读多写少吞吐更高，但不可重入、用错易出错。
• CountDownLatch：一次性倒计数，等 N 个条件满足（如多线程都初始化完）再放行。
• Semaphore：控制同时访问的许可数（限流/连接池）。
• 这些工具都基于 AQS，理解 state 语义即可举一反三。

坑

• 忘记在 finally 里 unlock：抛异常后锁不释放，后续全部卡死，这是与 synchronized 最大的使用风险。
• 默认非公平锁被误解为「不公平缺陷」：非公平允许插队，吞吐通常更高（减少挂起/唤醒），公平锁只在必须严格排队时用。
• 高并发只用 AtomicLong 自旋：竞争激烈时大量重试，用 LongAdder（热点分离）吞吐更好。
• 读写锁里持有读锁再想写：读锁不允许直接升级写锁，会自死锁，必须先释放读锁。
• 把 CAS 当无等待：CAS 是无锁但仍可能自旋空转，极端竞争下 AQS 挂起反而更省 CPU。

总结

JUC 同步器统一建立在 AQS 之上：AQS 用 volatile int state 表达资源、用 CAS 无锁抢占、抢不到就进 CLH 队列并 park、释放时 unpark 队首，子类只需定义 state 语义——ReentrantLock 的可重入次数、Semaphore 的许可、CountDownLatch 的计数、读写锁的高低位都由此而来；相比 synchronized，ReentrantLock 提供公平选择、可中断、tryLock 超时与多 Condition，但必须在 finally 手动 unlock。 原子性与可见性的语义边界见 volatile 与 JMM。