J.U.C之AQS：CLH同步队列

缺乏、安全感 2022-05-12 12:48 229阅读 0赞

> 此篇博客所有源码均来自JDK 1.8

在上篇博客中提到了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：

[![201701240001][]][201701240001 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：

[![1485225206860201701240002][]][1485225206860201701240002 1]

## 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：

[![201701240003][]][201701240003 1]

## 参考资料 ##

Doug Lea：《Java并发编程实战》  
方腾飞：《Java并发编程的艺术》

[201701240001]: http://cmsblogs.qiniudn.com/wp-content/uploads/2017/03/201701240001_thumb-1.png
[201701240001 1]: http://cmsblogs.qiniudn.com/wp-content/uploads/2017/03/201701240001-1.png
[1485225206860201701240002]: http://cmsblogs.qiniudn.com/wp-content/uploads/2017/03/1485225206860201701240002_thumb.png
[1485225206860201701240002 1]: http://cmsblogs.qiniudn.com/wp-content/uploads/2017/03/1485225206860201701240002.png
[201701240003]: http://cmsblogs.qiniudn.com/wp-content/uploads/2017/03/201701240003_thumb.png
[201701240003 1]: http://cmsblogs.qiniudn.com/wp-content/uploads/2017/03/201701240003.png