J.U.C|同步隊列（CLH）

Nosee 發布于2019-08-16 16:53 / 2118人閱讀

摘要：二什么是同步隊列同步隊列一個雙向隊列，隊列中每個節點等待前驅節點釋放共享狀態鎖被喚醒就可以了。三入列操作如上圖了解了同步隊列的結構，我們在分析其入列操作在簡單不過。

一、寫在前面

在上篇我們聊到AQS的原理，具體參見《J.U.C|AQS原理》。

這篇我們來給大家聊聊AQS中核心同步隊列（CLH）。

二、什么是同步隊列（CLH）

同步隊列

一個FIFO雙向隊列，隊列中每個節點等待前驅節點釋放共享狀態（鎖）被喚醒就可以了。

AQS如何使用它？

AQS依賴它來完成同步狀態的管理，當前線程如果獲取同步狀態失敗時，AQS則會將當前線程已經等待狀態等信息構造成一個節點（Node）并將其加入到CLH同步隊列，同時會阻塞當前線程，當同步狀態釋放時，會把首節點喚醒（公平鎖），使其再次嘗試獲取同步狀態。

Node節點面貌？

static final class Node {
        // 節點分為兩種模式： 共享式和獨占式
        /** 共享式 */
        static final Node SHARED = new Node();
        /** 獨占式 */
        static final Node EXCLUSIVE = null;

        /** 等待線程超時或者被中斷、需要從同步隊列中取消等待（也就是放棄資源的競爭），此狀態不會在改變 */
        static final int CANCELLED =  1;
        /** 后繼節點會處于等待狀態，當前節點線程如果釋放同步狀態或者被取消則會通知后繼節點線程，使后繼節點線程的得以運行 */
        static final int SIGNAL    = -1;
        /** 節點在等待隊列中，線程在等待在Condition 上，其他線程對Condition調用singnal()方法后，該節點加入到同步隊列中。 */
        static final int CONDITION = -2;
        /**
         * 表示下一次共享式獲取同步狀態的時會被無條件的傳播下去。
         */
        static final int PROPAGATE = -3;

        /**等待狀態*/
        volatile int waitStatus;

        /**前驅節點 */
        volatile Node prev;

        /**后繼節點*/
        volatile Node next;

        /**獲取同步狀態的線程 */
        volatile Thread thread;

        /**鏈接下一個等待狀態 */
        Node nextWaiter;
        
        // 下面一些方法就不貼了
    }

CLH同步隊列的結構圖

這里是基于CAS（保證線程的安全）來設置尾節點的。

三、入列操作

如上圖了解了同步隊列的結構，我們在分析其入列操作在簡單不過。無非就是將tail（使用CAS保證原子操作）指向新節點，新節點的prev指向隊列中最后一節點（舊的tail節點），原隊列中最后一節點的next節點指向新節點以此來建立聯系，來張圖幫助大家理解。

源碼
源碼我們可以通過AQS中的以下兩個方法來了解下
addWaiter方法

private Node addWaiter(Node mode) {
// 以給定的模式來構建節點， mode有兩種模式 
//  共享式SHARED， 獨占式EXCLUSIVE;
  Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
    // 嘗試快速將該節點加入到隊列的尾部
    Node pred = tail;
     if (pred != null) {
        node.prev = pred;
            if (compareAndSetTail(pred, node)) {
                pred.next = node;
                return node;
            }
        }
        // 如果快速加入失敗，則通過 anq方式入列
        enq(node);
        return node;
    }

先通過addWaiter(Node node)方法嘗試快速將該節點設置尾成尾節點，設置失敗走enq(final Node node)方法

enq

private Node enq(final Node node) {
// CAS自旋，直到加入隊尾成功        
for (;;) {
    Node t = tail;
        if (t == null) { // 如果隊列為空，則必須先初始化CLH隊列，新建一個空節點標識作為Hader節點,并將tail 指向它
            if (compareAndSetHead(new Node()))
                tail = head;
            } else {// 正常流程，加入隊列尾部
                node.prev = t;
                    if (compareAndSetTail(t, node)) {
                        t.next = node;
                        return t;
                }
            }
        }
    }

通過“自旋”也就是死循環的方式來保證該節點能順利的加入到隊列尾部，只有加入成功才會退出循環，否則會一直循序直到成功。

上述兩個方法都是通過compareAndSetHead(new Node())方法來設置尾節點，以保證節點的添加的原子性（保證節點的添加的線程安全。）

四、出列操作

同步隊列（CLH）遵循FIFO，首節點是獲取同步狀態的節點，首節點的線程釋放同步狀態后，將會喚醒它的后繼節點（next），而后繼節點將會在獲取同步狀態成功時將自己設置為首節點，這個過程非常簡單。如下圖

設置首節點是通過獲取同步狀態成功的線程來完成的（獲取同步狀態是通過CAS來完成），只能有一個線程能夠獲取到同步狀態，因此設置頭節點的操作并不需要CAS來保證，只需要將首節點設置為其原首節點的后繼節點并斷開原首節點的next（等待GC回收）應用即可。

五、總結

聊完后我們來總一下，同步隊列就是一個FIFO雙向對隊列，其每個節點包含獲取同步狀態失敗的線程應用、等待狀態、前驅節點、后繼節點、節點的屬性類型以及名稱描述。

其入列操作也就是利用CAS(保證線程安全)來設置尾節點，出列就很簡單了直接將head指向新頭節點并斷開老頭節點聯系就可以了。

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