死磕Java并发：J.U.C之AQS：CLH同步队列

本文转载自公号：Java技术驿站

在上篇文章“死磕Java并发：J.U.C之AQS简介”中提到了AQS内部维护着一个FIFO队列，该队列就是CLH同步队列。

CLH同步队列是一个FIFO双向队列，AQS依赖它来完成同步状态的管理，当前线程如果获取同步状态失败时，AQS则会将当前线程已经等待状态等信息构造成一个节点（Node）并将其加入到CLH同步队列，同时会阻塞当前线程，当同步状态释放时，会把首节点唤醒（公平锁），使其再次尝试获取同步状态。

在CLH同步队列中，一个节点表示一个线程，它保存着线程的引用（thread）、状态（waitStatus）、前驱节点（prev）、后继节点（next），其定义如下：

static final class Node {    /** 共享 */    static final Node SHARED = new Node();    /** 独占 */    static final Node EXCLUSIVE = null;    /**     * 因为超时或者中断，节点会被设置为取消状态，被取消的节点时不会参与到竞争中的，他会一直保持取消状态不会转变为其他状态；     */    static final int CANCELLED =  1;    /**     * 后继节点的线程处于等待状态，而当前节点的线程如果释放了同步状态或者被取消，将会通知后继节点，使后继节点的线程得以运行     */    static final int SIGNAL    = -1;    /**     * 节点在等待队列中，节点线程等待在Condition上，当其他线程对Condition调用了signal()后，改节点将会从等待队列中转移到同步队列中，加入到同步状态的获取中     */    static final int CONDITION = -2;    /**     * 表示下一次共享式同步状态获取将会无条件地传播下去     */    static final int PROPAGATE = -3;    /** 等待状态 */    volatile int waitStatus;    /** 前驱节点 */    volatile Node prev;    /** 后继节点 */    volatile Node next;    /** 获取同步状态的线程 */    volatile Thread thread;    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() {    }    Node(Thread thread, Node mode) {        this.nextWaiter = mode;        this.thread = thread;    }    Node(Thread thread, int waitStatus) {        this.waitStatus = waitStatus;        this.thread = thread;    }}

CLH同步队列结构图如下：

1、入列

学了数据结构的我们，CLH队列入列是再简单不过了，无非就是tail指向新节点、新节点的prev指向当前最后的节点，当前最后一个节点的next指向当前节点。

代码我们可以看看addWaiter(Node node)方法：

   private Node addWaiter(Node mode) {        //新建Node        Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);        //快速尝试添加尾节点        Node pred = tail;        if (pred != null) {            node.prev = pred;            //CAS设置尾节点            if (compareAndSetTail(pred, node)) {                pred.next = node;                return node;            }        }        //多次尝试        enq(node);        return node;    }

addWaiter(Node node)先通过快速尝试设置尾节点，如果失败，则调用enq(Node node)方法设置尾节点。

   private Node enq(final Node node) {        //多次尝试，直到成功为止        for (;;) {            Node t = tail;            //tail不存在，设置为首节点            if (t == null) {                if (compareAndSetHead(new Node()))                    tail = head;            } else {                //设置为尾节点                node.prev = t;                if (compareAndSetTail(t, node)) {                    t.next = node;                    return t;                }            }        }    }

在上面代码中，两个方法都是通过一个CAS方法compareAndSetTail(Node expect, Node update)来设置尾节点，该方法可以确保节点是线程安全添加的。在enq(Node node)方法中，AQS通过“死循环”的方式来保证节点可以正确添加，只有成功添加后，当前线程才会从该方法返回，否则会一直执行下去。

过程图如下：

2、出列

CLH同步队列遵循FIFO，首节点的线程释放同步状态后，将会唤醒它的后继节点（next），而后继节点将会在获取同步状态成功时将自己设置为首节点，这个过程非常简单，head执行该节点并断开原首节点的next和当前节点的prev即可，注意在这个过程是不需要使用CAS来保证的，因为只有一个线程能够成功获取到同步状态。

过程图如下：

- END -

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