Java并发框架——AQS阻塞队列管理（三）——CLH锁改造

在CLH锁核心思想的影响下，Java并发包的基础框架AQS以CLH锁作为基础而设计，其中主要是考虑到CLH锁更容易实现取消与超时功能。比起原来的CLH锁已经做了很大的改造，主要从两方面进行了改造：节点的结构与节点等待机制。在结构上引入了头结点和尾节点，他们分别指向队列的头和尾，尝试获取锁、入队列、释放锁等实现都与头尾节点相关，并且每个节点都引入前驱节点和后后续节点的引用；在等待机制上由原来的自旋改成阻塞唤醒。如图2-5-9-4，通过前驱后续节点的引用一节节连接起来形成一个链表队列，对于头尾节点的更新必须是原子的。下面详细看看入队、检测挂起、释放出队、超时、取消等操作。

 

图2-5-9-4 CLH队列

① 入队，整块逻辑其实是用一个无限循环进行CAS操作，即用自旋方式竞争直到成功。将尾节点tail的旧值赋予新节点node的前驱节点，并尝试CAS操作将新节点node赋予尾节点tail，原先的尾节点的后续节点指向新建节点node。完成上面步骤就建立起一条如图2-5-9-4所示的链表队列。代码简化如下：

for (;;) {

   Node t = tail;

   node.prev = t;

   if (compareAndSetTail(t, node)) {

      t.next = node;

      return node;

   }

}

② 检测挂起，上面我们说到节点等待机制已经被AQS作者由自旋机制改造成阻塞机制，一个新建的节点完成入队操作后，如果是自旋则直接进入循环检测前驱节点是否为头结点即可，但现在被改为阻塞机制，当前线程将首先检测是否为头结点且尝试获取锁，如果当前节点为头结点并成功获取锁则直接返回，当前线程不进入阻塞，否则将当前线程阻塞。代码简化如下：

 for (;;) {

    if (node.prev == head)

if(尝试获取锁成功){

         head=node;

         node.next=null;

         return;

     }

   阻塞线程

}

③ 释放出队，出队的主要工作是负责唤醒等待队列中后续节点，让所有等待节点环环相接，每条线程有序地往下执行。代码简化如下：

Node s = node.next;

唤醒节点s包含的线程

④ 超时，在支持超时的模式下需要LockSupport类的parkNanos方法支持，线程在阻塞一段时间后会自动唤醒，每次循环将累加消耗时间，当总消耗时间大于等于自定义的超时时间时就直接分返。代码简化如下：

for (;;) {

   尝试获取锁

   if (nanosTimeout <= 总消耗时间)

      return;

   LockSupport.parkNanos(this, nanosTimeout);

 }

⑤ 取消，队列中等待锁的队列可能因为中断或超时而涉及到取消操作，这种情况下被取消的节点不再进行锁竞争。此过程主要完成的工作是将取消的节点移除，先将节点的。先将节点node状态设置成取消，再将前驱节点pred的后续节点指向node的后续节点，这里由于涉及到竞争，必须通过CAS进行操作，CAS操作就算失败也不必理会，因为已经改了节点的状态，在尝试获取锁操作中会循环对节点的状态判断。

node.waitStatus = Node.CANCELLED;

Node pred = node.prev;

Node predNext = pred.next;

Node next = node.next;

compareAndSetNext(pred, predNext, next);

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