什么是 AQS
AQS 是 JUC 提供的一个用于构建锁和同步容器的基础类，用于减少由于无效争夺导致的资源浪费和性能恶化。JUC 包内的许多类都是基于 AQS 构建， 例如 ReentrantLock、Semaphore、CountDownLatch、ReentrantReadWriteLock、FutureTask 等。AQS 解决了在实现同步容器时设计的大量细节问题。
public abstract class AbstractQueuedSynchronizer
extends AbstractOwnableSynchronizer
implements java.io.Serializable {
}
AQS 的核心思想是， 如果被请求的共享资源空闲，则将当前请求资源的线程设置为有效的工作线程，并且将共享资源设置为锁定状态。如果被请求的共享资源被占用，那么就需要一套线程阻塞等待以及被唤醒时锁分配的机制。
这个机制是基于 CLH 锁 （Craig, Landin, and Hagersten locks） 实现的， 即一个虚拟的双向队列。AQS 将每条请求共享资源的线程封装成一个 CLH 队列锁的一个结点（Node）来实现锁的分配。
底层数据结构—— CLH 队列
AQS（AbstractQueuedSynchronizer）内部维护的确是一个 FIFO（先进先出） 的双向链表结构，用于管理线程的同步状态。这个双向链表的结构特点是，能够从任意节点很方便地访问它的前驱和后继节点，从而在需要唤醒某个线程时，可以快速地找到并操作相关节点。
AQS 的 Node 节点是封装了线程的基本单元，它们存储线程的信息以及线程的状态。每个线程在争抢锁失败后，会被封装成一个 Node 节点，并添加到队列的尾部。当持有锁的线程释放锁时，它会唤醒队列中第一个等待的节点（FIFO），该节点的线程将重新尝试获取锁。如果成功获取锁，该线程将继续执行。
private transient volatile Node head;
private transient volatile Node tail;
abstract static class Node {
volatile Node prev; // initially attached via casTail
volatile Node next; // visibly nonnull when signallable
Thread waiter; // visibly nonnull when enqueued
volatile int status; // written by owner, atomic bit ops by others
...
}
入队和出队
每当线程通过 AQS 获取锁失败时，线程将被封装成一个 Node 节点，通过 CAS 原子操作插入队列尾部。当有线程释放锁时，AQS 会尝试让队首的后驱节点占用锁。AQS的队首节点和队尾节点都是懒加载的。
final void enqueue(Node node) {
if (node != null) {
for (;;) {
Node t = tail;
node.setPrevRelaxed(t); // avoid unnecessary fence
if (t == null) // initialize
tryInitializeHead();
else if (casTail(t, node)) {
t.next = node;
if (t.status < 0) // wake up to clean link
LockSupport.unpark(node.waiter);
break;
}
}
}
}
状态标志位
state 用于表示同步状态，volatile 确保多线程环境下，对 state 的修改能立即反映到其他线程中，常用于简单的状态标记或轻量级的同步控制。在 ReentrantLock 类中，state 就用于实现可重入锁。
同时， AQS 提供了 CAS 算法实现的修改方法 compareAndSetState()。
public abstract class AbstractQueuedSynchronizer
extends AbstractOwnableSynchronizer
implements java.io.Serializable {
/**
* The synchronization state.
*/
private volatile int state;
protected final int getState() {
return state;
}
protected final void setState(int newState) {
state = newState;
}
// CAS 修改方法
protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
return U.compareAndSetInt(this, STATE, expect, update);
}
}
AQS 的代码设计思路
AQS 出于“分离变与不变”的原则，基于模板模式实现。AQS 为锁获取、锁释放的排队和出队过程提供了一系列的模板方法。由于 JUC 的显式锁种类丰富，因此 AQS 将不同锁的具体操作抽取为钩子方法，供各种锁的子类（或者其内部类）去实现。
显示锁和 AQS之间的关系为组合关系。
AQS 提供的钩子方法
AQS 针对共享锁和独享锁这两种资源共享方式提供了不同的模板方法，定义了不同的钩子方法：
tryAcquire(int)：独占锁钩子，尝试获取资源。若成功则返回true，若失败则返回false。tryRelease(int)：独占锁钩子，尝试释放资源。若成功则返回true，若失败则返回false。tryAcquireShared(int)：共享锁钩子，尝试获取资源，负数表示失败；0表示成功，但没有剩 余可用资源；正数表示成功，且有剩余资源。tryReleaseShared(int)：共享锁钩子，尝试释放资源。若成功则返回true，若失败则返回false。isHeldExclusively()：独占锁钩子，判断该线程是否正在独占资源。只有用到condition条件 队列时才需要去实现它。
除了钩子方法以外， AQS 以外的其他方法基本都是 final 。
参考资料
《 极致经典（卷2）：Java高并发核心编程(卷2 加强版) -特供v21-release》