此篇博客所有源碼均來(lái)自JDK 1.8
在上篇博客【死磕Java并發(fā)】-----J.U.C之AQS：AQS簡(jiǎn)介中提到了AQS內(nèi)部維護(hù)著一個(gè)FIFO隊(duì)列，該隊(duì)列就是CLH同步隊(duì)列。
CLH同步隊(duì)列是一個(gè)FIFO雙向隊(duì)列，AQS依賴(lài)它來(lái)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(shí)，AQS則會(huì)將當(dāng)前線程已經(jīng)等待狀態(tài)等信息構(gòu)造成一個(gè)節(jié)點(diǎn)（Node）并將其加入到CLH同步隊(duì)列，同時(shí)會(huì)阻塞當(dāng)前線程，當(dāng)同步狀態(tài)釋放時(shí)，會(huì)把首節(jié)點(diǎn)喚醒（公平鎖），使其再次嘗試獲取同步狀態(tài)。
在CLH同步隊(duì)列中，一個(gè)節(jié)點(diǎn)表示一個(gè)線程，它保存著線程的引用（thread）、狀態(tài)（waitStatus）、前驅(qū)節(jié)點(diǎn)（prev）、后繼節(jié)點(diǎn)（next），其定義如下：
static final class Node {
/** 共享 */
static final Node SHARED = new Node();
/** 獨(dú)占 */
static final Node EXCLUSIVE = null;
/**
* 因?yàn)槌瑫r(shí)或者中斷，節(jié)點(diǎn)會(huì)被設(shè)置為取消狀態(tài)，被取消的節(jié)點(diǎn)時(shí)不會(huì)參與到競(jìng)爭(zhēng)中的，他會(huì)一直保持取消狀態(tài)不會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌麪顟B(tài)；
*/
static final int CANCELLED = 1;
/**
* 后繼節(jié)點(diǎn)的線程處于等待狀態(tài)，而當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的線程如果釋放了同步狀態(tài)或者被取消，將會(huì)通知后繼節(jié)點(diǎn)，使后繼節(jié)點(diǎn)的線程得以運(yùn)行
*/
static final int SIGNAL = -1;
/**
* 節(jié)點(diǎn)在等待隊(duì)列中，節(jié)點(diǎn)線程等待在Condition上，當(dāng)其他線程對(duì)Condition調(diào)用了signal()后，改節(jié)點(diǎn)將會(huì)從等待隊(duì)列中轉(zhuǎn)移到同步隊(duì)列中，加入到同步狀態(tài)的獲取中
*/
static final int CONDITION = -2;
/**
* 表示下一次共享式同步狀態(tài)獲取將會(huì)無(wú)條件地傳播下去
*/
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;
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同步隊(duì)列結(jié)構(gòu)圖如下：
入列
學(xué)了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的我們，CLH隊(duì)列入列是再簡(jiǎn)單不過(guò)了，無(wú)非就是tail指向新節(jié)點(diǎn)、新節(jié)點(diǎn)的prev指向當(dāng)前最后的節(jié)點(diǎn)，當(dāng)前最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)的next指向當(dāng)前節(jié)點(diǎn)。代碼我們可以看看addWaiter(Node node)方法：
private Node addWaiter(Node mode) {
//新建Node
Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
//快速?lài)L試添加尾節(jié)點(diǎn)
Node pred = tail;
if (pred != null) {
node.prev = pred;
//CAS設(shè)置尾節(jié)點(diǎn)
if (compareAndSetTail(pred, node)) {
pred.next = node;
return node;
}
}
//多次嘗試
enq(node);
return node;
}
addWaiter(Node node)先通過(guò)快速?lài)L試設(shè)置尾節(jié)點(diǎn)，如果失敗，則調(diào)用enq(Node node)方法設(shè)置尾節(jié)點(diǎn)
private Node enq(final Node node) {
//多次嘗試，直到成功為止
for (;;) {
Node t = tail;
//tail不存在，設(shè)置為首節(jié)點(diǎn)
if (t == null) {
if (compareAndSetHead(new Node()))
tail = head;
} else {
//設(shè)置為尾節(jié)點(diǎn)
node.prev = t;
if (compareAndSetTail(t, node)) {
t.next = node;
return t;
}
}
}
}
在上面代碼中，兩個(gè)方法都是通過(guò)一個(gè)CAS方法compareAndSetTail(Node expect, Node update)來(lái)設(shè)置尾節(jié)點(diǎn)，該方法可以確保節(jié)點(diǎn)是線程安全添加的。在enq(Node node)方法中，AQS通過(guò)“死循環(huán)”的方式來(lái)保證節(jié)點(diǎn)可以正確添加，只有成功添加后，當(dāng)前線程才會(huì)從該方法返回，否則會(huì)一直執(zhí)行下去。
過(guò)程圖如下：
出列
CLH同步隊(duì)列遵循FIFO，首節(jié)點(diǎn)的線程釋放同步狀態(tài)后，將會(huì)喚醒它的后繼節(jié)點(diǎn)（next），而后繼節(jié)點(diǎn)將會(huì)在獲取同步狀態(tài)成功時(shí)將自己設(shè)置為首節(jié)點(diǎn)，這個(gè)過(guò)程非常簡(jiǎn)單，head執(zhí)行該節(jié)點(diǎn)并斷開(kāi)原首節(jié)點(diǎn)的next和當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的prev即可，注意在這個(gè)過(guò)程是不需要使用CAS來(lái)保證的，因?yàn)橹挥幸粋€(gè)線程能夠成功獲取到同步狀態(tài)。過(guò)程圖如下：
參考資料
Doug Lea：《Java并發(fā)編程實(shí)戰(zhàn)》
方騰飛：《Java并發(fā)編程的藝術(shù)》
