Java 8 AQS 深度解析：AbstractQueuedSynchronizer 獨占鎖實現原理與 ReentrantLock 源碼追蹤

AbstractQueuedSynchronizer (AQS) 是 JUC 並發包核心基石，ReentrantLock、CountDownLatch、Semaphore 等均構建於其上。本文從 ReentrantLock 切入，深度剖析 AQS 獨占鎖實現。

AQS 核心設計

• state：volatile int 狀態變數，獨占鎖表「持鎖次數」，共享鎖表「可用資源數」
• CLH 隊列：Node 雙向鏈表，頭節點為佔用鎖線程，尾節點為最新入隊線程
• 模板方法：tryAcquire/tryRelease 留給子類實現具體語義

ReentrantLock.lock() 流程

1. NonfairSync.lock()：先 compareAndSetState(0,1) 搶鎖，失敗進 acquire(1)
2. AQS.acquire()：tryAcquire() 失敗 → addWaiter(Node.EXCLUSIVE) 入隊 → acquireQueued() 自旋嘗試獲取
3. acquireQueued()：前驅為頭節點且 tryAcquire 成功 → setHead(node) 佔用鎖；否則檢查前驅 waitStatus == SIGNAL → LockSupport.park() 掛起
4. 被喚醒後循環重試，直到獲取鎖或中斷

公平鎖 vs 非公平鎖

• 公平鎖：FairSync.tryAcquire() 先檢查 hasQueuedPredecessors()，有排隊線程則不搶佔
• 非公平鎖：NonfairSync.lock() 直接 CAS 搶鎖，成功即佔用，可能導致飢餓但吞吐更高

ReentrantLock.unlock() 流程

1. Sync.tryRelease(1)：state--，歸零時 setExclusiveOwnerThread(null)
2. AQS.release()：釋放成功 → unparkSuccessor(head) 喚醒後繼節點
3. unparkSuccessor()：從尾部向前尋找 waitStatus < 0 的節點 → LockSupport.unpark(thread)

Node 狀態機

CANCELLED(1)   // 取消等待
SIGNAL(-1)     // 後繼需喚醒
CONDITION(-2)  // 條件隊列
PROPAGATE(-3)  // 共享模式傳播

關鍵洞見

AQS 並未使用 synchronized 或特殊指令，純 Java 實現：volatile state + CAS + CLH 隊列 + LockSupport。子類只需實現 tryAcquire/tryRelease 定義語義，AQS 負責排隊、阻塞、喚醒、內存可見性。

延伸：共享鎖實現

CountDownLatch、Semaphore 使用 tryAcquireShared/tryReleaseShared，隊列節點 Node.SHARED，喚醒時傳播至所有共享節點。