播面

在 Java 的并发编程中，AQS（AbstractQueuedSynchronizer） 是构建锁和同步器的核心框架。AQS 内部维护了一个 volatile int state（同步状态）和一个 FIFO 的双向链表（等待队列）。

AQS 支持两种同步模式：独占模式（Exclusive） 和 共享模式（Share）。它们的根本区别在于能否有多个线程同时获取到同步资源。

以下是两者的详细对比和原理解析：

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1. 核心概念对比

• 独占模式（Exclusive）：

  • 定义：同一时刻，只能有一个线程获取到同步资源。其他尝试获取资源的线程都会被阻塞并加入到等待队列中。
  • 比喻：单人洗手间。一个人进去后门就锁上了，其他人必须在外面排队，等里面的人出来才能进去下一个。
  • 典型应用：ReentrantLock。

• 共享模式（Shared）：

  • 定义：同一时刻，可以有多个线程同时获取到同步资源（只要资源数量允许）。
  • 比喻：有 N 个座位的阅览室。只要还有空座位，多个人可以同时进去看书；如果没有空座位了，新来的人才需要排队。
  • 典型应用：Semaphore（信号量）、CountDownLatch（倒计时器）、ReentrantReadWriteLock 的读锁。

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2. 唤醒机制的区别（最关键的底层差异）

在 AQS 的等待队列中，当持有锁的线程释放资源后，如何唤醒后续排队的线程，是这两种模式最大的不同：

• 独占模式的唤醒（点对点）：

  • 当独占锁释放时，它只会唤醒等待队列中紧接着的下一个节点（即头节点的后继节点）。
  • 流程：线程 A 释放锁 -> 唤醒线程 B -> 线程 B 获取锁 -> 结束。

• 共享模式的唤醒（传播机制 Propagate）：

  • 当一个线程以共享模式成功获取资源后，如果资源还有剩余（state > 0），它不仅自己会获取资源，还会主动唤醒下一个排队的共享节点。下一个节点获取成功后，如果还有剩余资源，会继续唤醒下下个节点，形成连锁反应（传播）。
  • 当共享锁释放时，也会触发唤醒后续节点的操作。
  • 流程：线程 A 获取共享锁 -> 发现还有资源 -> 唤醒排在后面的线程 B -> 线程 B 获取锁 -> 发现还有资源 -> 唤醒线程 C... 直到资源耗尽。

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3. 需要重写的方法不同

AQS 是基于模板方法模式设计的，自定义同步器时，需要根据使用哪种模式来重写不同的方法：

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4. 节点（Node）的标记不同

AQS 的等待队列（CLH 队列）中的节点（Node），在创建时会标记其等待的模式：

• Node.EXCLUSIVE：独占模式节点。表示该线程正在等待独占锁。
• Node.SHARED：共享模式节点。表示该线程正在等待共享锁。

注：一个 AQS 的队列中，是可以同时存在独占节点和共享节点的（例如 ReentrantReadWriteLock 的等待队列）。

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5. 能否混合使用？

可以混合使用。 AQS 允许在一个同步器中同时实现独占模式和共享模式。

典型代表：ReentrantReadWriteLock（读写锁）

• 写锁（WriteLock） 使用了独占模式：写和写互斥、读和写互斥。调用的是 acquire() 和 release()。
• 读锁（ReadLock） 使用了共享模式：读和读不互斥，多个线程可以同时读取。调用的是 acquireShared() 和 releaseShared()。
• 它巧妙地将 AQS 的一个 32 位的 state 变量拆分为两部分：高 16 位表示读锁（共享）的持有次数，低 16 位表示写锁（独占）的持有次数。

总结表