AQS和CLH有何区别？两者在锁排队机制上如何关联与差异？

Question

**问题：AQS与CLH锁排队机制有何区别与关联？** 在Java并发编程中，AQS（AbstractQueuedSynchronizer）和CLH（Craig, Landin, and Hagersten locks）都是重要的锁排队机制。CLH是一种自旋锁队列算法，每个线程维护一个节点，通过前驱节点的状态决定是否继续自旋或等待。而AQS是Java抽象类，内部使用了CLH队列变种实现线程的排队与管理。AQS不仅支持独占锁，还支持共享锁，功能更丰富。 两者关联在于AQS借鉴了CLH的FIFO队列思想，但AQS并非纯自旋锁，而是结合了阻塞和唤醒机制，提升了大规模线程竞争时的性能。CLH主要用于轻量级自旋锁场景，而AQS适用于复杂并发控制。因此，CLH是理论基础，AQS是其实现与扩展。

Answer 1

1. 基础概念：AQS与CLH锁排队机制

AQS（AbstractQueuedSynchronizer）和CLH锁是Java并发编程中两种重要的锁排队机制。CLH锁是一种基于链表的自旋锁队列算法，每个线程在等待时会维护一个节点，并通过前驱节点的状态决定是否继续自旋或进入等待状态。

AQS则是一个更高层次的抽象类，内部实现了CLH队列的一种变种形式，用于管理线程的排队与唤醒。AQS不仅支持独占锁，还支持共享锁，功能更加丰富。

1.1 CLH锁的核心特点

• CLH锁是一种轻量级自旋锁，适用于低延迟场景。
• 每个线程在等待时会创建一个节点，并链接到前驱节点。
• 线程通过检查前驱节点的状态来决定是否继续执行。

1.2 AQS的核心特点

• AQS使用了CLH队列的思想，但并非纯自旋锁，而是结合了阻塞和唤醒机制。
• AQS支持独占模式和共享模式，适用于复杂的并发控制场景。
• AQS提供了更丰富的API，便于开发者实现自定义同步器。

2. 深入分析：AQS与CLH的区别与关联

从实现角度来看，AQS借鉴了CLH锁的FIFO队列思想，但在具体实现上做了大量扩展和优化。

对比维度	CLH锁	AQS
核心机制	纯自旋锁	结合阻塞与唤醒机制
适用场景	轻量级、低延迟场景	复杂并发控制场景
功能支持	仅支持独占锁	支持独占锁与共享锁
线程管理	依赖线程自旋	结合操作系统调度

2.1 AQS如何扩展CLH锁的思想

AQS在CLH锁的基础上进行了以下改进：

1. 引入了阻塞队列机制，避免线程长时间自旋导致资源浪费。
2. 支持多种同步模式（如独占锁和共享锁），增强了灵活性。
3. 通过抽象方法暴露核心逻辑，便于开发者实现自定义同步器。

3. 实现细节：AQS中的CLH队列变种

AQS内部使用了一个双向链表来实现CLH队列的变种。以下是AQS中关键代码片段：

class Node {
    static final int CANCELLED =  1;
    static final int SIGNAL    = -1;
    static final int CONDITION = -2;
    volatile int waitStatus;
    volatile Node prev;
    volatile Node next;
    volatile Thread thread;
}

class AbstractQueuedSynchronizer extends AbstractOwnableSynchronizer {
    private transient volatile Node head;
    private transient volatile Node tail;

    public final void acquire(int arg) {
        if (!tryAcquire(arg) && acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
            selfInterrupt();
    }
}
    

3.1 线程排队与唤醒流程

以下是AQS中线程排队与唤醒的流程图：

4. 性能对比与实际应用

CLH锁适合轻量级场景，而AQS更适合复杂的并发控制需求。以下是两者在实际应用中的性能对比：

• CLH锁在低竞争场景下表现出色，但由于纯自旋可能导致CPU资源浪费。
• AQS通过阻塞和唤醒机制，在高竞争场景下表现更优。