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J.U.C|同步隊列（CLH）

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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(jié)點(diǎn)等待前驅(qū)節(jié)點(diǎn)釋放共享狀態(tài)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(jié)構(gòu)，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(jié)點(diǎn)等待前驅(qū)節(jié)點(diǎn)釋放共享狀態(tài)（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(tài)的管理，當(dāng)前線程如果獲取同步狀態(tài)失敗時，AQS則會將當(dāng)前線程已經(jīng)等待狀態(tài)等信息構(gòu)造成一個節(jié)點(diǎn)（Node）并將其加入到CLH同步隊列，同時會阻塞當(dāng)前線程，當(dāng)同步狀態(tài)釋放時，會把首節(jié)點(diǎn)喚醒（公平鎖），使其再次嘗試獲取同步狀態(tài)。

Node節(jié)點(diǎn)面貌？

static final class Node {
        // 節(jié)點(diǎn)分為兩種模式： 共享式和獨(dú)占式
        /** 共享式 */
        static final Node SHARED = new Node();
        /** 獨(dú)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(tài)不會在改變 */
        static final int CANCELLED =  1;
        /** 后繼節(jié)點(diǎn)會處于等待狀態(tài)，當(dāng)前節(jié)點(diǎn)線程如果釋放同步狀態(tài)或者被取消則會通知后繼節(jié)點(diǎn)線程，使后繼節(jié)點(diǎn)線程的得以運(yùn)行 */
        static final int SIGNAL    = -1;
        /** 節(jié)點(diǎn)在等待隊列中，線程在等待在Condition 上，其他線程對Condition調(diào)用singnal()方法后，該節(jié)點(diǎn)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(tài)的時會被無條件的傳播下去。
         */
        static final int PROPAGATE = -3;

        /**等待狀態(tài)*/
        volatile int waitStatus;

        /**前驅(qū)節(jié)點(diǎn) */
        volatile Node prev;

        /**后繼節(jié)點(diǎn)*/
        volatile Node next;

        /**獲取同步狀態(tài)的線程 */
        volatile Thread thread;

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

CLH同步隊列的結(jié)構(gòu)圖

這里是基于CAS（保證線程的安全）來設(shè)置尾節(jié)點(diǎn)的。

三、入列操作

如上圖了解了同步隊列的結(jié)構(gòu)， 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(jié)點(diǎn)，新節(jié)點(diǎn)的prev指向隊列中最后一節(jié)點(diǎn)（舊的tail節(jié)點(diǎn)），原隊列中最后一節(jié)點(diǎn)的next節(jié)點(diǎn)指向新節(jié)點(diǎn)以此來建立聯(lián)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(gòu)建節(jié)點(diǎn)， mode有兩種模式 
//  共享式SHARED， 獨(dú)占式EXCLUSIVE;
  Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
    // 嘗試快速將該節(jié)點(diǎn)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(jié)點(diǎn)設(shè)置尾成尾節(jié)點(diǎn)，設(shè)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(jié)點(diǎn)標(biāo)識作為Hader節(jié)點(diǎn),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(huán)的方式來保證該節(jié)點(diǎn)能順利的加入到隊列尾部，只有加入成功才會退出循環(huán)，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(shè)置尾節(jié)點(diǎn)，以保證節(jié)點(diǎn)的添加的原子性（保證節(jié)點(diǎn)的添加的線程安全。）

四、出列操作

同步隊列（CLH）遵循FIFO，首節(jié)點(diǎn)是獲取同步狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)，首節(jié)點(diǎn)的線程釋放同步狀態(tài)后，將會喚醒它的后繼節(jié)點(diǎn)（next），而后繼節(jié)點(diǎn)將會在獲取同步狀態(tài)成功時將自己設(shè)置為首節(jié)點(diǎn)，這個過程非常簡單。如下圖

設(shè)置首節(jié)點(diǎn)是通過獲取同步狀態(tài)成功的線程來完成的（獲取同步狀態(tài)是通過CAS來完成），只能有一個線程能夠獲取到同步狀態(tài)，因此設(shè)置頭節(jié)點(diǎn)的操作并不需要CAS來保證，只需要將首節(jié)點(diǎn)設(shè)置為其原首節(jié)點(diǎn)的后繼節(jié)點(diǎn)并斷開原首節(jié)點(diǎn)的next（等待GC回收）應(yīng)用即可。

五、總結(jié)

聊完后我們來總一下，同步隊列就是一個FIFO雙向?qū)﹃犃?，其每個節(jié)點(diǎn)包含獲取同步狀態(tài)失敗的線程應(yīng)用、等待狀態(tài)、前驅(qū)節(jié)點(diǎn)、后繼節(jié)點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)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(shè)置尾節(jié)點(diǎn)，出列就很簡單了直接將head指向新頭節(jié)點(diǎn)并斷開老頭節(jié)點(diǎn)聯(lián)系就可以了。

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