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死磕Java并发：J.U.C之AQS：CLH同步队列

时间：2021-04-13 19:39:54

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();elsereturn 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NodeNode 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：

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