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：

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