浅谈Java并发 J.U.C之AQS：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：

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：

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：

以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持我们

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