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浅谈Java并发 J.U.C之AQS:CLH同步队列

程序员文章站 2024-02-23 23:56:10
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...

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:

浅谈Java并发 J.U.C之AQS:CLH同步队列

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:

浅谈Java并发 J.U.C之AQS:CLH同步队列

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:

浅谈Java并发 J.U.C之AQS:CLH同步队列

以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持