AtlasOS技术解析：构建高效Windows系统优化框架
2026/1/18 6:19:28
🔑 一、AQS 是什么？——“同步器的骨架”
AQS = AbstractQueuedSynchronizer
它是一个抽象类，提供了一套基于 FIFO 阻塞队列 + 原子状态管理的框架，让你能轻松实现各种自定义的同步工具。
✅ 核心能力：
- 管理一个整型状态（
state）：表示资源是否可用（如锁是否被占用、计数器剩余值等）。 - 维护一个 FIFO 等待队列：当线程获取资源失败时，自动入队并阻塞；释放资源时，唤醒队列中的下一个线程。
- 支持独占模式（exclusive）和共享模式（shared）：
- 独占：同一时刻只能一个线程持有（如
ReentrantLock）。 - 共享：多个线程可同时持有（如
Semaphore、CountDownLatch）。
- 独占：同一时刻只能一个线程持有（如
💡AQS 本身不定义“同步语义”，而是把“如何判断能否获取资源”、“如何释放资源”这些逻辑留给子类实现。
🧱 二、AQS 的核心机制
1.状态管理（State）
- 通过
volatile int state表示同步状态。 - 提供三个方法操作它：
protectedfinalintgetState()protectedfinalvoidsetState(intnewState)protectedfinalbooleancompareAndSetState(intexpect,intupdate)// CAS - 子类通过这个
state来表达自己的业务含义：ReentrantLock：0=未锁，1=已锁（重入次数）Semaphore：表示剩余许可数量CountDownLatch：表示倒计数值
2.FIFO 等待队列（CLH 变种）
AQS 使用一个双向链表（Node 链表）来管理等待线程：
head → [Node1] ↔ [Node2] ↔ [Node3] ← tail每个Node包含：
thread：等待的线程waitStatus：节点状态（如SIGNAL=-1表示需要被唤醒）prev/next：前后指针nextWaiter：用于区分是独占还是共享模式（或用于 Condition）
⚠️ 注意：这是一个CLH 队列的变种，原始 CLH 用于自旋锁，而 AQS 用于阻塞锁，所以增加了
next指针便于唤醒后继。
3.两种模式：独占 vs 共享
| 模式 | 方法 | 说明 |
|---|---|---|
| 独占（Exclusive） | tryAcquire()tryRelease() | 成功则获得排他权限（如写锁） |
| 共享（Shared） | tryAcquireShared()tryReleaseShared() | 返回值 ≥0 表示成功，可多线程并发（如读锁、信号量） |
🔄 共享模式下，释放资源时可能级联唤醒多个线程（因为多个线程可能同时满足条件）。
🧩 三、关键流程解析
▶ 获取资源（以独占为例）
publicfinalvoidacquire(intarg){if(!tryAcquire(arg)&&acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE),arg))selfInterrupt();}- 先尝试
tryAcquire()（由子类实现）。 - 如果失败，调用
addWaiter()将当前线程封装成Node加入队尾。 - 调用
acquireQueued()：在队列中自旋，直到被前驱唤醒且自己成为头节点后再次尝试获取。
▶ 释放资源（独占）
publicfinalbooleanrelease(intarg){if(tryRelease(arg)){// 子类实现Nodeh=head;if(h!=null&&h.waitStatus!=0)unparkSuccessor(h);// 唤醒后继returntrue;}returnfalse;}- 成功释放后，调用
unparkSuccessor()唤醒下一个等待线程。
🔍
unparkSuccessor()会从tail往前找第一个非取消的节点（处理中间节点被中断/超时的情况）。
🛠️ 四、如何使用 AQS？——子类必须实现的方法
你不能直接使用 AQS，而是继承它并实现以下方法（根据需求选）：
| 方法 | 用途 | 必须实现？ |
|---|---|---|
tryAcquire(int) | 独占式获取 | 是（如果支持独占） |
tryRelease(int) | 独占式释放 | 是 |
tryAcquireShared(int) | 共享式获取 | 是（如果支持共享） |
tryReleaseShared(int) | 共享式释放 | 是 |
isHeldExclusively() | 当前线程是否独占持有 | 是（如果要用Condition） |
✅ 所有这些方法都必须是无阻塞、线程安全、短小精悍的！
📌 五、经典例子回顾
例1：非重入互斥锁（Mutex）
staticclassSyncextendsAbstractQueuedSynchronizer{protectedbooleantryAcquire(intacquires){if(compareAndSetState(0,1)){setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());returntrue;}returnfalse;}protectedbooleantryRelease(intreleases){setState(0);setExclusiveOwnerThread(null);returntrue;}protectedbooleanisHeldExclusively(){returngetState()==1;}}例2：一次性门闩（BooleanLatch）
staticclassSyncextendsAbstractQueuedSynchronizer{protectedinttryAcquireShared(intignore){returngetState()==1?1:-1;// 1=已触发，-1=需等待}protectedbooleantryReleaseShared(intignore){setState(1);returntrue;// 唤醒所有等待者}}🌟 六、高级特性
1.公平性控制
- 默认是非公平的（允许“插队”：新线程可能在排队线程之前抢到锁）。
- 实现公平锁：在
tryAcquire中加判断：if(hasQueuedPredecessors())returnfalse;// 有排队者就别插队
2.Condition 支持
- 通过
new ConditionObject()创建条件变量。 - 必须实现
isHeldExclusively()和正确的release/acquire逻辑。
3.可中断、超时支持
- AQS 提供了
acquireInterruptibly、tryAcquireNanos等方法，子类只需调用即可。
✅ 总结：AQS 的设计哲学
“Don’t call us, we’ll call you.” — Hollywood Principle
- AQS 负责：队列管理、线程阻塞/唤醒、状态原子性、中断/超时处理。
- 你（子类）负责：定义“什么是获取成功”、“什么是释放成功”。
这使得你可以用几十行代码实现出工业级的同步器，而无需操心底层并发细节。
如果你正在学习 JUC 或想深入理解ReentrantLock、Semaphore等的原理，掌握 AQS 是必经之路。它的设计堪称 Java 并发编程的“皇冠上的明珠”。
如需进一步分析某个具体同步器（比如ReentrantReadWriteLock如何用 AQS 实现读写锁），欢迎继续提问！