AQS-CLH同步队列

article/2025/11/5 18:17:14

1:什么是同步队列(CLH)

同步队列

一个FIFO双向队列,队列中每个节点等待前驱节点释放共享状态(锁)被唤醒就可以了。

AQS如何使用它?

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。

Node节点面貌?

static final class Node {/** 线程已被取消 */static final int CANCELLED =  1;/** 当前线程的后继线程须要被unpark(唤醒) */static final int SIGNAL    = -1;/** 线程(处在Condition休眠状态)在等待Condition唤醒 */static final int CONDITION = -2;/** 共享锁 */static final Node SHARED = new Node();/** 独占锁  */static final Node EXCLUSIVE = null;volatile int waitStatus;/** 前继节点 */volatile Node prev;/** 后继节点 */volatile Node next;volatile Thread thread;Node nextWaiter;final boolean isShared() {return nextWaiter == SHARED;}/** 获取前继节点 */final Node predecessor() throws NullPointerException {Node p = prev;if (p == null)throw new NullPointerException();elsereturn p;}/*** 三个构造函数*/Node() {}Node(Thread thread, Node mode) {this.nextWaiter = mode;this.thread = thread;}Node(Thread thread, int waitStatus) {this.waitStatus = waitStatus;this.thread = thread;}}

CLH同步队列的结构图

这里是基于CAS(保证线程的安全)来设置尾节点的。

2:入列操作 

如上图了解了同步队列的结构, 我们在分析其入列操作在简单不过。无非就是将tail(使用CAS保证原子操作)指向新节点,新节点的prev指向队列中最后一节点(旧的tail节点),原队列中最后一节点的next节点指向新节点以此来建立联系,来张图帮助大家理解。

源码
源码我们可以通过AQS中的以下两个方法来了解下
addWaiter方法

private Node addWaiter(Node mode) {
// 以给定的模式来构建节点, mode有两种模式 
//  共享式SHARED, 独占式EXCLUSIVE;Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);// 尝试快速将该节点加入到队列的尾部Node pred = tail;if (pred != null) {node.prev = pred;if (compareAndSetTail(pred, node)) {pred.next = node;return node;}}// 如果快速加入失败,则通过 anq方式入列enq(node);return node;}

先通过addWaiter(Node node)方法尝试快速(没有自旋,就相当于执行了一次)将该节点设置尾成尾节点,设置失败走enq(final Node node)方法

enq

private Node enq(final Node node) {
// CAS自旋,直到加入队尾成功        
for (;;) {Node t = tail;if (t == null) { // 如果队列为空,则必须先初始化CLH队列,新建一个空节点标识作为Hader节点,并将tail 指向它if (compareAndSetHead(new Node()))tail = head;} else {// 正常流程,加入队列尾部node.prev = t;if (compareAndSetTail(t, node)) {t.next = node;return t;}}}}

 

通过“自旋”也就是死循环的方式来保证该节点能顺利的加入到队列尾部,只有加入成功才会退出循环,否则会一直循序直到成功。

上述两个方法都是通过compareAndSetHead(new Node())方法来设置尾节点,以保证节点的添加的原子性(保证节点的添加的线程安全。)

3:出列操作

 同步队列(CLH)遵循FIFO,首节点是获取同步状态的节点,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。如下图

设置首节点是通过获取同步状态成功的线程来完成的(获取同步状态是通过CAS来完成),只能有一个线程能够获取到同步状态,因此设置头节点的操作并不需要CAS来保证,只需要将首节点设置为其原首节点的后继节点并断开原首节点的next(等待GC回收)应用即可。

4:总结 

聊完后我们来总一下,同步队列就是一个FIFO双向对队列,其每个节点包含获取同步状态失败的线程应用、等待状态、前驱节点、后继节点、节点的属性类型以及名称描述。

其入列操作也就是利用CAS(保证线程安全)来设置尾节点,出列就很简单了直接将head指向新头节点并断开老头节点联系就可以了。

 


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