AQS 依赖内部的同步队列（一个 FIFO的双向队列）来完成同步状态的管理，当前线程获取同步状态失败时，同步器会将当前线程以及等待状态等信息构造成一个节点（Node）并将其加入同步队列，同时会阻塞当前线程，当同步状态释放时，会把队列中第一个等待节点线程唤醒（下图中的 Node1），使其再次尝试获取同步状态。同步队列的结构如下所示：
Head 节点本身不保存等待线程的信息，它通过 next 变量指向第一个保存线程等待信息的节点（Node1）。当线程被唤醒之后，会删除 Head 节点，而唤醒线程所在的节点会设置为 Head 节点（Node1 被唤醒之后，Node1会被置为 Head 节点）。下面我们看下 JDK 中同步队列的实现。
一、实现看一下Node类
static final class Node {
/**
* 标志是独占式模式还是共享模式
*/
static final Node SHARED = new Node();
static final Node EXCLUSIVE = null;
/**
* 线程等待状态的有效值
*/
static final int CANCELLED = 1;
static final int SIGNAL = -1;
static final int CONDITION = -2;
static final int PROPAGATE = -3;
/**
* 线程状态，合法值为上面 4 个值中的一个
*/
volatile int waitStatus;
/**
* 当前节点的前置节点
*/
volatile Node prev;
/**
* 当前节点的后置节点
*/
volatile Node next;
/**
* 当前节点所关联的线程
*/
volatile Thread thread;
/**
* 指向下一个在某个条件上等待的节点，或者指向 SHARE 节点，表明当前处于共享模式
*/
Node nextWaiter;
final boolean isShared() {
return nextWaiter == SHARED;
}
final Node predecessor() throws NullPointerException {
Node p = prev;
if (p == null)
throw new NullPointerException();
else
return p;
}
Node() { // Used to establish initial head or SHARED marker
}
Node(Thread thread, Node mode) { // Used by addWaiter
this.nextWaiter = mode;
this.thread = thread;
}
Node(Thread thread, int waitStatus) { // Used by Condition
this.waitStatus = waitStatus;
this.thread = thread;
}
} 在 Node 类中定义了四种等待状态：
1、CANCELED： 1，因为等待超时 （timeout）或者中断（interrupt），节点会被置为取消状态。处于取消状态的节点不会再去竞争锁，也就是说不会再被阻塞。节点会一直保持取消状态，而不会转换为其他状态。处于 CANCELED 的节点会被移出队列，被 GC 回收。
2、SIGNAL： -1，表明当前的后继结点正在或者将要被阻塞（通过使用 LockSupport.pack 方法），因此当前的节点被释放（release）或者被取消时（cancel）时，要唤醒它的后继结点（通过 LockSupport.unpark 方法）。
3、CONDITION： -2，表明当前节点在条件队列中，因为等待某个条件而被阻塞。
4、PROPAGATE： -3，在共享模式下，可以认为资源有多个，因此当前线程被唤醒之后，可能还有剩余的资源可以唤醒其他线程。该状态用来表明后续节点会传播唤醒的操作。需要注意的是只有头节点才可以设置为该状态（This is set (for head node only) in doReleaseShared to ensure propagation continues, even if other operations have since intervened.）。
5、0：新创建的节点会处于这种状态。
二、独占锁的获取与释放
1、下面是获取独占锁的流程图：
我们通过 acquire 方法来获取独占锁，下面是方法定义
public final void acquire(int arg) {
// 首先尝试获取锁，如果获取失败，会先调用 addWaiter 方法创建节点并追加到队列尾部
// 然后调用 acquireQueued 阻塞或者循环尝试获取锁
if (!tryAcquire(arg) && acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)){
// 在 acquireQueued 中，如果线程是因为中断而退出的阻塞状态会返回 true
// 这里的 selfInterrupt 主要是为了恢复线程的中断状态
selfInterrupt();
}
}acquire 会首先调用 tryAcquire 方法来获得锁，该方法需要我们来实现。如果没有获取锁，会调用 addWaiter 方法创建一个和当前线程关联的节点追加到同步队列的尾部，我们调用 addWaiter 时传入的是 Node.EXCLUSIVE，表明当前是独占模式。下面是 addWaiter 的具体实现
private Node addWaiter(Node mode) {
Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
// tail 指向同步队列的尾节点
Node pred = tail;
// Try the fast path of enq; backup to full enq on failure
if (pred != null) {
node.prev = pred;
if (compareAndSetTail(pred, node)) {
pred.next = node;
return node;
}
}
enq(node);
return node;
}addWaiter 方法会首先调用 if 方法，来判断能否成功将节点添加到队列尾部，如果添加失败，再调用 enq 方法（使用循环不断重试）进行添加，下面是 enq 方法的实现：
private Node enq(final Node node) {
for (;;) {
Node t = tail;
// 同步队列采用的懒初始化（lazily initialized）的方式，
// 初始时 head 和 tail 都会被设置为 null，当一次被访问时
// 才会创建 head 对象，并把尾指针指向 head。
if (t == null) { // Must initialize
if (compareAndSetHead(new Node()))
tail = head;
} else {
node.prev = t;
if (compareAndSetTail(t, node)) {
t.next = node;
return t;
}
}
}
}addWaiter 仅仅是将节点加到了同步队列的末尾，并没有阻塞线程，线程阻塞的操作是在 acquireQueued 方法中完成的，下面是 acquireQueued 的实现：
final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
boolean failed = true;
try {
boolean interrupted = false;
for (;;) {
final Node p = node.predecessor();
// 如果当前节点的前继节点是 head，就使用自旋（循环）的方式不断请求锁
if (p == head && tryAcquire(arg)) {
// 成功获得锁，将当前节点置为 head 节点，同时删除原 head 节点
setHead(node);
p.next = null; // help GC
failed = false;
return interrupted;
}
// shouldParkAfterFailedAcquire 检查是否可以挂起线程，
// 如果可以挂起进程，会调用 parkAndCheckInterrupt 挂起线程，
// 如果 parkAndCheckInterrupt 返回 true，表明当前线程是因为中断而退出挂起状态的，
// 所以要将 interrupted 设为 true，表明当前线程被中断过
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
interrupted = true;
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}
acquireQueued 会首先检查当前节点的前继节点是否为 head，如果为 head，将使用自旋的方式不断的请求锁，如果不是 head，则调用 shouldParkAfterFailedAcquire 查看是否应该挂起当前节点关联的线程，下面是 shouldParkAfterFailedAcquire 的实现：
private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
// 当前节点的前继节点的等待状态
int ws = pred.waitStatus;
// 如果前继节点的等待状态为 SIGNAL 我们就可以将当前节点对应的线程挂起
if (ws == Node.SIGNAL)
return true;
if (ws > 0) {
// ws 大于 0，表明当前线程的前继节点处于 CANCELED 的状态，
// 所以我们需要从当前节点开始往前查找，直到找到第一个不为
// CAECELED 状态的节点
do {
node.prev = pred = pred.prev;
} while (pred.waitStatus > 0);
pred.next = node;
} else {
/*
* waitStatus must be 0 or PROPAGATE. Indicate that we
* need a signal, but don't park yet. Caller will need to
* retry to make sure it cannot acquire before parking.
*/
compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);
}
return false;
}shouldParkAfterFailedAcquire 会检查前继节点的等待状态，如果前继节点状态为 SIGNAL，则可以将当前节点关联的线程挂起，如果不是 SIGNAL，会做一些其他的操作，在当前循环中不会挂起线程。如果确定了可以挂起线程，就调用 parkAndCheckInterrupt 方法对线程进行阻塞：
private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
// 挂起当前线程
LockSupport.park(this);
// 可以通过调用 interrupt 方法使线程退出 park 状态，
// 为了使线程在后面的循环中还可以响应中断，会重置线程的中断状态。
// 这里使用 interrupted 会先返回线程当前的中断状态，然后将中断状态重置为 false，
// 线程的中断状态会返回给上层调用函数，在线程获得锁后，
// 如果发现线程曾被中断过，会将中断状态重新设为 true
return Thread.interrupted();
}2、独占锁释放
下面是释放独占锁的流程：
通过 release 方法，我们可以释放互斥锁。下面是 release 方法的实现：
public final boolean release(int arg) {
if (tryRelease(arg)) {
Node h = head;
// waitStatus 为 0，证明是初始化的空队列或者后继结点已经被唤醒了
if (h != null && h.waitStatus != 0)
unparkSuccessor(h);
return true;
}
return false;
}在独占模式下释放锁时，是没有其他线程竞争的，所以处理会简单一些。首先尝试释放锁，如果失败就直接返回（失败不是因为多线程竞争，而是线程本身就不拥有锁）。如果成功的话，会检查 h 的状态，然后调用 unparkSuccessor 方法来唤醒后续线程。下面是 unparkSuccessor 的实现：
private void unparkSuccessor(Node node) {
int ws = node.waitStatus;
// 将 head 节点的状态置为 0，表明当前节点的后续节点已经被唤醒了，
// 不需要再次唤醒，修改 ws 状态主要作用于 release 的判断
if (ws < 0)
compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);
/*
* Thread to unpark is held in successor, which is normally
* just the next node. But if cancelled or apparently null,
* traverse backwards from tail to find the actual
* non-cancelled successor.
*/
Node s = node.next;
if (s == null || s.waitStatus > 0) {
s = null;
for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)
if (t.waitStatus <= 0)
s = t;
}
if (s != null)
LockSupport.unpark(s.thread);
}在 unparkSuccessor 方法中，如果发现头节点的后继结点为 null 或者处于 CANCELED 状态，会从尾部往前找（在节点存在的前提下，这样一定能找到）离头节点最近的需要唤醒的节点，然后唤醒该节点。
三、共享锁获取和释放
独占锁的流程和原理比较容易理解，因为只有一个锁，但是共享锁的处理就相对复杂一些了。在独占锁中，只有在释放锁之后，才能唤醒等待的线程，而在共享模式中，获取锁和释放锁之后，都有可能唤醒等待的线程。如果想要理清共享锁的工作过程，必须将共享锁的获取和释放结合起来看。这里我们先看一下共享锁的释放过程，只有明白了释放过程做了哪些工作，才能更好的理解获取锁的过程。
1、共享锁释放
下面是释放共享锁的流程：
通过 releaseShared 方法会释放共享锁，下面是具体的实现：
public final boolean releaseShared(int releases) {
if (tryReleaseShared(arg)) {
doReleaseShared();
return true;
}
return false;
}releases 是要释放的共享资源数量，其中 tryReleaseShared 的方法由我们自己重写，该方法的主要功能就是修改共享资源的数量（state + releases），因为可能会有多个线程同时释放资源，所以实现的时候，一般采用循环加 CAS 操作的方式，如下面的形式：
protected boolean tryReleaseShared(int releases) {
// 释放共享资源，因为可能有多个线程同时执行，所以需要使用 CAS 操作来修改资源总数。
for (;;) {
int lastCount = getState();
int newCount = lastCount + releases;
if (compareAndSetState(lastCount, newCount)) {
return true;
}
}
}
当共享资源数量修改了之后，会调用 doReleaseShared 方法，该方法主要唤醒同步队列中的第一个等待节点（head.next），下面是具体实现：
private void doReleaseShared() {
/*
* Ensure that a release propagates, even if there are other
* in-progress acquires/releases. This proceeds in the usual
* way of trying to unparkSuccessor of head if it needs
* signal. But if it does not, status is set to PROPAGATE to
* ensure that upon release, propagation continues.
* Additionally, we must loop in case a new node is added
* while we are doing this. Also, unlike other uses of
* unparkSuccessor, we need to know if CAS to reset status
* fails, if so rechecking.
*/
for (;;) {
Node h = head;
// head = null 说明没有初始化，head = tail 说明同步队列中没有等待节点
if (h != null && h != tail) {
// 查看当前节点的等待状态
int ws = h.waitStatus;
// 我们在前面说过，SIGNAL说明有后续节点需要唤醒
if (ws == Node.SIGNAL) {
/*
* 将当前节点的值设为 0，表明已经唤醒了后继节点
* 可能会有多个线程同时执行到这一步，所以使用 CAS 保证只有一个线程能修改成功，
* 从而执行 unparkSuccessor，其他的线程会执行 continue 操作
*/
if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0))
continue; // loop to recheck cases
unparkSuccessor(h);
} else if (ws == 0 && !compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE)) {
/*
* ws 等于 0，说明无需唤醒后继结点（后续节点已经被唤醒或者当前节点没有被阻塞的后继结点），
* 也就是这一次的调用其实并没有执行唤醒后继结点的操作。就类似于我只需要一张优惠券，
* 但是我的两个朋友，他们分别给我了一张，因此我就剩余了一张。然后我就将这张剩余的优惠券
* 送（传播）给其他人使用，因此这里将节点置为可传播的状态（PROPAGATE）
*/
continue; // loop on failed CAS
}
}
if (h == head) // loop if head changed
break;
}
} 从上面的实现中，doReleaseShared 的主要作用是用来唤醒阻塞的节点并且一次只唤醒一个，让该节点关联的线程去重新竞争锁，它既不修改同步队列，也不修改共享资源。
当多个线程同时释放资源时，可以确保两件事：
1、共享资源的数量能正确的累加
2、至少有一个线程被唤醒，其实只要确保有一个线程被唤醒就可以了，即便唤醒了多个线程，在同一时刻，也只能有一个线程能得到竞争锁的资格，在下面我们会看到。
所以释放锁做的主要工作还是修改共享资源的数量。而有了多个共享资源后，如何确保同步队列中的多个节点可以获取锁，是由获取锁的逻辑完成的。下面看下共享锁的获取。
2、下面是获取共享锁的流程
通过 acquireShared 方法，我们可以申请共享锁，下面是具体的实现：
public final void acquireShared(int arg) {
// 如果返回结果小于 0，证明没有获取到共享资源
if (tryAcquireShared(arg) < 0)
doAcquireShared(arg);
}如果没有获取到共享资源，就会执行 doAcquireShared 方法，下面是该方法的具体实现：
private void doAcquireShared(int arg) {
final Node node = addWaiter(Node.SHARED);
boolean failed = true;
try {
boolean interrupted = false;
for (;;) {
final Node p = node.predecessor();
if (p == head) {
int r = tryAcquireShared(arg);
if (r >= 0) {
setHeadAndPropagate(node, r);
p.next = null; // help GC
if (interrupted)
selfInterrupt();
failed = false;
return;
}
}
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
interrupted = true;
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}从上面的代码中可以看到，只有前置节点为 head 的节点才有可能去竞争锁，这点和独占模式的处理是一样的，所以即便唤醒了多个线程，也只有一个线程能进入竞争锁的逻辑，其余线程会再次进入 park 状态，当线程获取到共享锁之后，会执行 setHeadAndPropagate 方法，下面是具体的实现：
private void setHeadAndPropagate(Node node, long propagate) {
// 备份一下头节点
Node h = head; // Record old head for check below
/*
* 移除头节点，并将当前节点置为头节点
* 当执行完这一步之后，其实队列的头节点已经发生改变，
* 其他被唤醒的线程就有机会去获取锁，从而并发的执行该方法，
* 所以上面备份头节点，以便下面的代码可以正确运行
*/
setHead(node);
/*
* Try to signal next queued node if:
* Propagation was indicated by caller,
* or was recorded (as h.waitStatus either before
* or after setHead) by a previous operation
* (note: this uses sign-check of waitStatus because
* PROPAGATE status may transition to SIGNAL.)
* and
* The next node is waiting in shared mode,
* or we don't know, because it appears null
*
* The conservatism in both of these checks may cause
* unnecessary wake-ups, but only when there are multiple
* racing acquires/releases, so most need signals now or soon
* anyway.
*/
/*
* 判断是否需要唤醒后继结点，propagate > 0 说明共享资源有剩余，
* h.waitStatus < 0，表明当前节点状态可能为 SIGNAL，CONDITION，PROPAGATE
*/
if (propagate > 0 || h == null || h.waitStatus < 0 ||
(h = head) == null || h.waitStatus < 0) {
Node s = node.next;
// 只有 s 不处于独占模式时，才去唤醒后继结点
if (s == null || s.isShared())
doReleaseShared();
}
} 判断后继结点是否需要唤醒的条件是十分宽松的，也就是一定包含必要的唤醒，但是也有可能会包含不必要的唤醒。从前面我们可以知道 doReleaseShared 函数的主要作用是唤醒后继结点，它既不修改共享资源，也不修改同步队列，所以即便有不必要的唤醒也是不影响程序正确性的。如果没有共享资源，节点会再次进入等待状态。
到了这里，脉络就比较清晰了，当一个节点获取到共享锁之后，它除了将自身设为 head 节点之外，还会判断一下是否满足唤醒后继结点的条件，如果满足，就唤醒后继结点，后继结点获取到锁之后，会重复这个过程，直到判断条件不成立。就类似于考试时从第一排往最后一排传卷子，第一排先留下一份，然后将剩余的传给后一排，后一排会重复这个过程。如果传到某一排卷子没了，那么位于这排的人就要等待，直到老师又给了他新的卷子。
三、中断
在获取锁时还可以设置响应中断，独占锁和共享锁的处理逻辑类似，这里我们以独占锁为例。使用 acquireInterruptibly 方法，在获取独占锁时可以响应中断，下面是具体的实现：
public final void acquireInterruptibly(int arg) throws InterruptedException {
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
if (!tryAcquire(arg))
doAcquireInterruptibly(arg);
}
private void doAcquireInterruptibly(int arg) throws InterruptedException {
final Node node = addWaiter(Node.EXCLUSIVE);
boolean failed = true;
try {
for (;;) {
final Node p = node.predecessor();
if (p == head && tryAcquire(arg)) {
setHead(node);
p.next = null; // help GC
failed = false;
return;
}
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) && parkAndCheckInterrupt()) {
// 这里会抛出异常
throw new InterruptedException();
}
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}
从上面的代码中我们可以看出，acquireInterruptibly 和 acquire 的逻辑类似，只是在下面的代码处有所不同：当线程因为中断而退出阻塞状态时，会直接抛出 InterruptedException 异常。
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) && parkAndCheckInterrupt()) {
// 这里会抛出异常
throw new InterruptedException();
}我们知道，不管是抛出异常还是方法返回，程序都会执行 finally 代码，而 failed 肯定为 true，所以抛出异常之后会执行 cancelAcquire 方法，cancelAcquire 方法主要将节点从同步队列中移除。下面是具体的实现：
private void cancelAcquire(Node node) {
// Ignore if node doesn't exist
if (node == null)
return;
node.thread = null;
// 跳过前面的已经取消的节点
Node pred = node.prev;
while (pred.waitStatus > 0)
node.prev = pred = pred.prev;
// 保存下 pred 的后继结点，以便 CAS 操作使用
// 因为可能存在已经取消的节点，所以 pred.next 不一等于 node
Node predNext = pred.next;
// Can use unconditional write instead of CAS here.
// After this atomic step, other Nodes can skip past us.
// Before, we are free of interference from other threads.
// 将节点状态设为 CANCELED
node.waitStatus = Node.CANCELLED;
// If we are the tail, remove ourselves.
if (node == tail && compareAndSetTail(node, pred)) {
compareAndSetNext(pred, predNext, null);
} else {
// If successor needs signal, try to set pred's next-link
// so it will get one. Otherwise wake it up to propagate.
int ws;
if (pred != head &&
((ws = pred.waitStatus) == Node.SIGNAL ||
(ws <= 0 && compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL))) &&
pred.thread != null) {
Node next = node.next;
if (next != null && next.waitStatus <= 0)
compareAndSetNext(pred, predNext, next);
} else {
unparkSuccessor(node);
}
node.next = node; // help GC
}
} 从上面的代码可以看出，节点的删除分为三种情况：
1、删除节点为尾节点，直接将该节点的第一个有效前置节点置为尾节点
2、删除节点的前置节点为头节点，则对该节点执行 unparkSuccessor 操作
3、删除节点为中间节点，结果如下图所示。下图中（1）表示同步队列的初始状态，假设删除 node2， node1 是正常节点（非 CANCELED），（2）就是删除 node2 后同步队列的状态，此时 node1 节点的后继已经变为 node3，也就是说当 node1 变为 head 之后，会直接唤醒 node3。当另外的一个节点中断之后再次执行 cancelAcquire，在执行下面的代码时，会使同步队列的状态由（2）变为（3），此时 node2 已经没有外界指针了，可以被回收了。如果一直没有另外一个节点中断，也就是同步队列一直处于（2）状态，那么需要等 node3 被回收之后，node2 才可以被回收。
Node pred = node.prev;
while (pred.waitStatus > 0)
node.prev = pred = pred.prev;
四、超时
超时是在中断的基础上加了一层时间的判断，这里我们还是以独占锁为例。 tryAcquireNanos 支持获取锁的超时处理，下面是具体实现：
public final boolean tryAcquireNanos(int arg, long nanosTimeout) throws InterruptedException {
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
return tryAcquire(arg) || doAcquireNanos(arg, nanosTimeout);
}当获取锁失败之后，会执行 doAcquireNanos 方法，下面是具体实现：
private boolean doAcquireNanos(int arg, long nanosTimeout) throws InterruptedException {
if (nanosTimeout <= 0 L)
return false;
// 线程最晚结束时间
final long deadline = System.nanoTime() + nanosTimeout;
final Node node = addWaiter(Node.EXCLUSIVE);
boolean failed = true;
try {
for (;;) {
final Node p = node.predecessor();
if (p == head && tryAcquire(arg)) {
setHead(node);
p.next = null; // help GC
failed = false;
return true;
}
// 判断是否超时，如果超时就返回
nanosTimeout = deadline - System.nanoTime();
if (nanosTimeout <= 0 L)
return false;
// 这里如果设定了一个阈值，如果超时的时间比阈值小，就认为
// 当前线程没必要阻塞，再执行几次 for 循环估计就超时了
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) && nanosTimeout > spinForTimeoutThreshold)
LockSupport.parkNanos(this, nanosTimeout);
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}当线程超时返回时，还是会执行 cancelAcquire 方法，cancelAcquire 的逻辑已经在前面说过了，这里不再赘述。