SynchronousQueue核心源码分析
一、SynchronousQueue的介绍
SynchronousQueue是一个不存储元素的阻塞队列。每一个put操作必须等待一个take操作，否则不能继续添加元素。SynchronousQueue支持公平性和非公平性2种策略来访问队列。默认是采用非公平性策略访问队列。公平性策略底层使用了类似队列的数据结构，而非公平策略底层使用了类似栈的数据结构。SynchronousQueue可以看成是一个传球手，负责把生产者线程处理的数据直接传递给消费者线程。队列本身并不存储任何元素，非常适合传递性场景。SynchronousQueue的吞吐量高于LinkedBlockingQueue和ArrayBlockingQueue。
下面是SynchronousQueue类的类图，下文中将详细分析这种阻塞队列的实现细节：
二、SynchronousQueue类中重要的成员变量以及Transferer方法
SynchronousQueue重要的成员变量
//表示运行当前程序的平台，所拥有的CPU数量
static final int NCPUS = Runtime.getRuntime().availableProcessors();
//为什么需要自旋这个操作？
//因为线程 挂起 唤醒站在cpu角度去看的话，是非常耗费资源的，涉及到用户态和内核态的切换...
//自旋的好处，自旋期间线程会一直检查自己的状态是否被匹配到，如果自旋期间被匹配到，那么直接就返回了
//如果自旋期间未被匹配到，自旋次数达到某个指标后，还是会将当前线程挂起的...
//NCPUS：当一个平台只有一个CPU时，你觉得还需要自旋么？
//答：肯定不需要自旋了，因为一个cpu同一时刻只能执行一个线程，自旋没有意义了...而且你还站着cpu 其它线程没办法执行..这个
//栈的状态更不会改变了.. 当只有一个cpu时 会直接选择 LockSupport.park() 挂起等待者线程。
//表示指定超时时间的话，当前线程最大自旋次数。
//只有一个cpu 自旋次数为0
//当cpu大于1时，说明当前平台是多核平台，那么指定超时时间的请求的最大自旋次数是 32 次。
//32是一个经验值。
static final int maxTimedSpins = (NCPUS < 2) ? 0 : 32;
//表示未指定超时限制的话，线程等待匹配时，自旋次数。
//是指定超时限制的请求的自旋次数的16倍.
static final int maxUntimedSpins = maxTimedSpins * 16;
//如果请求是指定超时限制的话，如果超时nanos参数是< 1000 纳秒时，
//禁止挂起。挂起再唤醒的成本太高了..还不如选择自旋空转呢...
static final long spinForTimeoutThreshold = 1000L;
SynchronousQueue使用了一个非常关键的方法来转移数据（从生产者线程转移到消费者线程），下面是这个方法
abstract static class Transferer<E> {
/**
* @param e 可以为null，null时表示这个请求是一个 REQUEST 类型的请求
* 如果不是null，说明这个请求是一个 DATA 类型的请求。
*
* @param timed 如果为true 表示指定了超时时间 ,如果为false 表示不支持超时，表示当前请求一直等待到匹配为止，或者被中断。
* @param nanos 超时时间限制 单位 纳秒
*
* @return E 如果当前请求是一个 REQUEST类型的请求，返回值如果不为null 表示 匹配成功，如果返回null，表示REQUEST类型的请求超时 或 被中断。
* 如果当前请求是一个 DATA 类型的请求，返回值如果不为null 表示 匹配成功，返回当前线程put的数据。
* 如果返回值为null 表示，DATA类型的请求超时 或者 被中断..都会返回Null。
*
*/
abstract E transfer(E e, boolean timed, long nanos);
}
三、非公平策略的核心类TransferStack
1、TransferStack是SynchronousQueue的一个内部类，可以使用它实现非公平的访问队列。下面是其重要的成员变量以及一些公共方法
/** 表示Node类型为 请求类型(消费者) */
static final int REQUEST = 0;
/** 表示Node类型为 数据类型（生产者） */
static final int DATA = 1;
/** 表示Node类型为 匹配中类型
* 假设栈顶元素为 REQUEST-NODE，当前请求类型为 DATA的话，入栈会修改类型为 FULFILLING 【栈顶 & 栈顶之下的一个node】。
* 假设栈顶元素为 DATA-NODE，当前请求类型为 REQUEST的话，入栈会修改类型为 FULFILLING 【栈顶 & 栈顶之下的一个node】。
*/
static final int FULFILLING = 2;
//判断当前模式是否为 匹配中状态
static boolean isFulfilling(int m) { return (m & FULFILLING) != 0; }
static final class SNode {
volatile SNode next; // next node in stack
//与当前node匹配的节点
//null：还没有任何匹配 等于自己：表示当前为取消状态 等于别的Snode：当前为匹配状态
volatile SNode match; // the node matched to this
//假设当前node对应的线程 自旋期间未被匹配成功，那么node对应的线程需要挂起，挂起前 waiter 保存对应的线程引用，
//方便 匹配成功后，被唤醒。
volatile Thread waiter; // to control park/unpark
//数据域，data不为空 表示当前Node对应的请求类型为 DATA类型。 反之则表示Node为 REQUEST类型。
Object item; // data; or null for REQUESTs
int mode;
// Note: item and mode fields don't need to be volatile
// since they are always written before, and read after,
// other volatile/atomic operations.
SNode(Object item) {
this.item = item;
}
//CAS方式设置Node对象的next字段
boolean casNext(SNode cmp, SNode val) {
//优化：cmp == next 为什么要判断？
//因为cas指令 在平台执行时，同一时刻只能有一个cas指令被执行。
//有了java层面的这一次判断，可以提升一部分性能。 cmp == next 不相等，就没必要走 cas指令。
return cmp == next &&
UNSAFE.compareAndSwapObject(this, nextOffset, cmp, val);
}
/**
* 尝试匹配
* 调用tryMatch的对象是 栈顶节点的下一个节点，与栈顶匹配的节点。
*
* @return ture 匹配成功。 否则匹配失败..
*/
boolean tryMatch(SNode s) {
//条件一：match == null 成立，说明当前Node尚未与任何节点发生过匹配...
//条件二 成立：使用CAS方式 设置match字段，表示当前Node已经被匹配了
if (match == null &&
UNSAFE.compareAndSwapObject(this, matchOffset, null, s)) {
//当前Node如果自旋结束，那么会使用LockSupport.park 方法挂起，挂起之前会将Node对应的Thread 保留到 waiter字段。
Thread w = waiter;
//条件成立：说明Node对应的Thread已经挂起了...
if (w != null) { // waiters need at most one unpark
waiter = null;
LockSupport.unpark(w);
}
return true;
}
return match == s;
}
/**
* Tries to cancel a wait by matching node to itself.
*/
void tryCancel() {
//match字段 保留当前Node对象本身，表示这个Node是取消状态，取消状态的Node，最终会被强制移除出栈。
UNSAFE.compareAndSwapObject(this, matchOffset, null, this);
}
//如果match保留的是当前Node本身，那表示当前Node是取消状态，反之 则 非取消状态。
boolean isCancelled() {
return match == this;
}
// Unsafe mechanics
private static final sun.misc.Unsafe UNSAFE;
private static final long matchOffset;
private static final long nextOffset;
static {
try {
UNSAFE = sun.misc.Unsafe.getUnsafe();
Class<?> k = SNode.class;
matchOffset = UNSAFE.objectFieldOffset
(k.getDeclaredField("match"));
nextOffset = UNSAFE.objectFieldOffset
(k.getDeclaredField("next"));
} catch (Exception e) {
throw new Error(e);
}
}
}
//表示栈顶指针
volatile SNode head;
//设置栈顶元素，同样使用到了优化
boolean casHead(SNode h, SNode nh) {
return h == head &&
UNSAFE.compareAndSwapObject(this, headOffset, h, nh);
}
/**
* Creates or resets fields of a node. Called only from transfer
* where the node to push on stack is lazily created and
* reused when possible to help reduce intervals between reads
* and CASes of head and to avoid surges of garbage when CASes
* to push nodes fail due to contention.
*
* @param s SNode引用，当这个引用指向空时，snode方法会创建一个SNode对象 并且赋值给这个引用
* @param e SNode对象的item字段
* @param next 指向当前栈帧的下一个栈帧
* @param mode REQUEST/DATA/FULFILLING
*/
static SNode snode(SNode s, Object e, SNode next, int mode) {
if (s == null) s = new SNode(e);
s.mode = mode;
s.next = next;
return s;
2、TransferStack转移的核心方法transfer
E transfer(E e, boolean timed, long nanos) {
//包装当前线程的Node
SNode s = null; // constructed/reused as needed
//e == null 条件成立：当前线程是一个REQUEST线程。
//否则 e!=null 说明 当前线程是一个DATA线程，提交数据的线程。
int mode = (e == null) ? REQUEST : DATA;
//自旋
for (;;) {
//h表示栈顶指针
SNode h = head;
/*
* If apparently empty or already containing nodes of same
* mode, try to push node on stack and wait for a match,
* returning it, or null if cancelled.
*/
//CASE1：当前栈内为空 或者 栈顶Node模式与当前请求模式一致，尝试着把当前node入栈并且等待一个匹配，最后会返回对应的数据，
// 如果这个节点在这过程中被取消了，则返回null
if (h == null || h.mode == mode) { // empty or same-mode
//条件一：成立，说明当前请求是指定了 超时限制的
//条件二：nanos <= 0 , nanos == 0. 表示这个请求 不支持 “阻塞等待”。 queue.offer();
if (timed && nanos <= 0) { // can't wait
//条件成立：说明栈顶处于取消状态，协助栈顶出栈，再一次自旋尝试。
if (h != null && h.isCancelled())
casHead(h, h.next); // pop cancelled node
elss
return null;
}
//什么时候执行else if 呢？
//当前栈顶为空 或者 模式与当前请求一致，且当前请求允许阻塞等待。
//snode(s, e, h, mode),将当前的信息包装为一个Snode节点
//casHead(h, s = snode(s, e, h, mode)) 入栈操作。
else if (casHead(h, s = snode(s, e, h, mode))) {
//执行到这里，说明 当前请求入栈成功。
//入栈成功之后要做什么呢？
//在栈内等待一个好消息，等待被匹配！
//awaitFulfill 等待被匹配的逻辑...
//1.正常情况：返回匹配的节点
//2.取消情况：返回当前节点 s节点进去，返回s节点...
SNode m = awaitFulfill(s, timed, nanos);
//条件成立：说明当前Node状态是 取消状态...
if (m == s) { // wait was cancelled
//将取消状态的节点 出栈...
clean(s);
//取消状态 最终返回null
return null;
}
//执行到这里 说明当前Node已经被匹配了...
//条件一：成立，说明栈顶是有Node
//条件二：成立，说明 Fulfill 和 当前Node 还未出栈，需要协助出栈。
if ((h = head) != null && h.next == s)
casHead(h, s.next); // help s's fulfiller
//当前NODE模式为REQUEST类型：返回匹配节点的m.item 数据域
//当前NODE模式为DATA类型：返回Node.item 数据域，当前请求提交的 数据e
return (E) ((mode == REQUEST) ? m.item : s.item);
}
}
/*
* If apparently containing node of complementary mode,
* try to push a fulfilling node on to stack, match
* with corresponding waiting node, pop both from
* stack, and return matched item. The matching or
* unlinking might not actually be necessary because of
* other threads performing action 3:
*
*/
//什么时候来到这？？
//栈顶Node的模式与当前请求的模式不一致，会执行else if 的条件。
//栈顶是 (DATA Reqeust) (Request DATA) (FULFILLING REQUEST/DATA)
//CASE2：当前栈顶模式与请求模式不一致，且栈顶不是FULFILLING
else if (!isFulfilling(h.mode)) { // try to fulfill
//条件成立：说明当前栈顶状态为 取消状态，当前线程协助它出栈。
if (h.isCancelled()) // already cancelled
casHead(h, h.next); // pop and retry
// 条件成立：说明当前节点压栈成功，入栈一个 FULFILLING | mode NODE
else if (casHead(h, s=snode(s, e, h, FULFILLING|mode))) {
//自旋，fulfill 节点 和 fulfill.next 节点进行匹配工作...
for (;;) { // loop until matched or waiters disappear
//m 与当前s 匹配节点。
SNode m = s.next; // m is s's match
// 如果m为null，说明除了s节点外的节点都被其它线程先一步匹配掉了
// 就清空栈并跳出内部循环，到外部循环再重新入栈判断
if (m == null) { // all waiters are gone
casHead(s, null); // pop fulfill node
s = null; // use new node next time
//回到外层大的 自旋中，再重新选择路径执行，此时有可能 插入一个节点。
break; // restart main loop
}
//什么时候会执行到这里呢？
//fulfilling 匹配节点不为null，进行真正的匹配工作。
//获取 匹配节点的 下一个节点。
SNode mn = m.next;
//尝试匹配，匹配成功，则将fulfilling 和 m 一起出栈
if (m.tryMatch(s)) {
//结对出栈
casHead(s, mn); // pop both s and m
//当前NODE模式为REQUEST类型：返回匹配节点的m.item 数据域
//当前NODE模式为DATA类型：返回Node.item 数据域，当前请求提交的 数据e
return (E) ((mode == REQUEST) ? m.item : s.item);
} else // lost match
// 尝试匹配失败，说明m已经先一步被其它线程匹配了
// 就协助清除它，进入下一个自旋，再一次进行尝试
s.casNext(m, mn); // help unlink
}
}
}
/*
If top of stack already holds another fulfilling node,
* help it out by doing its match and/or pop
* operations, and then continue. The code for helping
* is essentially the same as for fulfilling, except
* that it doesn't return the item.
*/
//CASE3：什么时候会执行？
//栈顶模式为 FULFILLING模式，表示栈顶和栈顶下面的栈帧正在发生匹配...
//当前请求需要做 协助 工作。
else { // help a fulfiller
//h 表示的是 fulfilling节点,m fulfilling匹配的节点。
SNode m = h.next; // m is h's match
//m == null 什么时候可能成立呢？
//当s.next节点 超时或者被外部线程中断唤醒后，会执行 clean 操作 将 自己清理出栈，此时
//站在匹配者线程 来看，真有可能拿到一个null。
if (m == null) // waiter is gone
casHead(h, null); // pop fulfilling node
//大部分情况：走else分支。
else {
//获取栈顶匹配节点的 下一个节点
SNode mn = m.next;
//条件成立：说明 m 和 栈顶 匹配成功
if (m.tryMatch(h)) // help match
casHead(h, mn); // pop both h and m
else // lost match
// 尝试匹配失败，说明m已经先一步被其它线程匹配了
// 就协助清除它
h.casNext(m, mn); // help unlink
}
}
}
}
3、TransferStack中其他重要的方法
/**
* Spins/blocks until node s is matched by a fulfill operation.
* @param s 当前请求Node
* @param timed 当前请求是否支持 超时限制
* @param nanos 如果请求支持超时限制，nanos 表示超时等待时长。
* @return matched node, or s if cancelled
*/
SNode awaitFulfill(SNode s, boolean timed, long nanos) {
//deadline 表示等待截止时间..
final long deadline = timed ? System.nanoTime() + nanos : 0L;
Thread w = Thread.currentThread();
//允许自旋检查的次数..
int spins = (shouldSpin(s) ?
(timed ? maxTimedSpins : maxUntimedSpins) : 0);
//自旋检查逻辑：1.是否匹配 2.是否超时 3.是否被中断..
for (;;) {
//条件成立：说明当前线程收到中断信号，需要设置Node状态为取消状态。
if (w.isInterrupted())
//Node对象的 match 指向 当前Node 说明该Node状态就是 取消状态。
s.tryCancel();
//m 表示与当前Node匹配的节点。
//1.正常情况：有一个请求 与 当前Node 匹配成功，这个时候 s.match 指向 匹配节点。
//2.取消情况：当前match 指向 当前Node...
SNode m = s.match;
//m 表示与当前Node匹配的节点。
//1.正常情况：有一个请求 与 当前Node 匹配成功，这个时候 s.match 指向 匹配节点。
//2.取消情况：当前match 指向 当前Node...
if (m != null)
return m;
//条件成立：说明指定了超时限制..
if (timed) {
//nanos 表示距离超时 还有多少纳秒..
nanos = deadline - System.nanoTime();
//条件成立：说明已经超时了...
if (nanos <= 0L) {
//设置当前Node状态为 取消状态.. match-->当前Node
s.tryCancel();
continue;
}
}
//条件成立：说明当前线程还可以进行自旋检查...
if (spins > 0)
spins = shouldSpin(s) ? (spins-1) : 0;
//spins == 0 ，已经不允许再进行自旋检查了
else if (s.waiter == null)
s.waiter = w; // establish waiter so can park next iter
// 条件成立：说明当前Node对应的请求 未指定超时限制。
else if (!timed)
//使用不指定超时限制的park方法 挂起当前线程，直到 当前线程被外部线程 使用unpark唤醒。
LockSupport.park(this);
//什么时候执行到这里？ timed == true 设置了 超时限制..
//条件成立：nanos > 1000 纳秒的值，只有这种情况下，才允许挂起当前线程..否则 说明 超时给的太少了...挂起和唤醒的成本 远大于 空转自旋...
else if (nanos > spinForTimeoutThreshold)
LockSupport.parkNanos(this, nanos);
}
}
/**
* Returns true if node s is at head or there is an active
* fulfiller.
*/
boolean shouldSpin(SNode s) {
//获取栈顶
SNode h = head;
//条件一 h == s ：条件成立 说明当前s 就是栈顶，允许自旋检查...
//条件二 h == null : 什么时候成立？ 当前s节点 自旋检查期间，又来了一个 与当前s 节点匹配的请求，双双出栈了...条件会成立。
//条件三 isFulfilling(h.mode) ： 前提 当前 s 不是 栈顶元素。并且当前栈顶正在匹配中，这种状态 栈顶下面的元素，都允许自旋检查。
return (h == s || h == null || isFulfilling(h.mode));
}
/**
* Unlinks s from the stack.
*/
void clean(SNode s) {
//清空数据域
s.item = null; // forget item
s.waiter = null; // forget thread
/*
* At worst we may need to traverse entire stack to unlink
* s. If there are multiple concurrent calls to clean, we
* might not see s if another thread has already removed
* it. But we can stop when we see any node known to
* follow s. We use s.next unless it too is cancelled, in
* which case we try the node one past. We don't check any
* further because we don't want to doubly traverse just to
* find sentinel.
*/
//检查取消节点的截止位置
SNode past = s.next;
if (past != null && past.isCancelled())
past = past.next;
// Absorb cancelled nodes at head
SNode p;
//从栈顶开始向下检查，将栈顶开始向下连续的 取消状态的节点 全部清理出去，直到碰到past为止。
while ((p = head) != null && p != past && p.isCancelled())
casHead(p, p.next);
// Unsplice embedded nodes
while (p != null && p != past) {
SNode n = p.next;
if (n != null && n.isCancelled())
p.casNext(n, n.next);
else
p = n;
}
}
四、公平策略的核心类TransferQueue
1、TransferQueue是SynchronousQueue的一个内部类，可以使用它实现公平的访问队列。下面是其重要的成员变量以及一些公共方法
/** Node class for TransferQueue. */
static final class QNode {
volatile QNode next; // next node in queue
//数据域
volatile Object item; // CAS'ed to or from null
//当Node对应的线程 未匹配到节点时，对应的线程 最终会挂起，挂起之前会保留 线程引用到waiter ，
//方法 其它Node匹配当前节点时 唤醒 当前线程..
volatile Thread waiter; // to control park/unpark
//true 当前Node是一个DATA类型 false表示当前Node是一个REQUEST类型。
final boolean isData;
QNode(Object item, boolean isData) {
this.item = item;
this.isData = isData;
}
//修改当前节点next引用
boolean casNext(QNode cmp, QNode val) {
return next == cmp &&
UNSAFE.compareAndSwapObject(this, nextOffset, cmp, val);
}
//修改当前节点数据域item
boolean casItem(Object cmp, Object val) {
return item == cmp &&
UNSAFE.compareAndSwapObject(this, itemOffset, cmp, val);
}
/**
* Tries to cancel by CAS'ing ref to this as item.
* 尝试取消当前node
* 取消状态的Node，它的item域，指向自己Node。
*/
void tryCancel(Object cmp) {
UNSAFE.compareAndSwapObject(this, itemOffset, cmp, this);
}
//判断当前Node是否为取消状态
boolean isCancelled() {
return item == this;
}
/**
* Returns true if this node is known to be off the queue
* because its next pointer has been forgotten due to
* an advanceHead operation.
* 判断当前节点是否 “不在” 队列内，当next指向自己时，说明节点已经出队。
*/
boolean isOffList() {
return next == this;
}
// Unsafe mechanics
private static final sun.misc.Unsafe UNSAFE;
private static final long itemOffset;
private static final long nextOffset;
static {
try {
UNSAFE = sun.misc.Unsafe.getUnsafe();
Class<?> k = QNode.class;
itemOffset = UNSAFE.objectFieldOffset
(k.getDeclaredField("item"));
nextOffset = UNSAFE.objectFieldOffset
(k.getDeclaredField("next"));
} catch (Exception e) {
throw new Error(e);
}
}
}
/** Head of queue */
transient volatile QNode head;
/** Tail of queue */
transient volatile QNode tail;
/**
* Reference to a cancelled node that might not yet have been
* unlinked from queue because it was the last inserted node
* when it was cancelled.
* 表示被清理节点的前驱节点。因为入队操作是 两步完成的，
* 第一步：t.next = newNode
* 第二步：tail = newNode
* 所以，队尾节点出队，是一种非常特殊的情况，需要特殊处理，回头讲！
*/
transient volatile QNode cleanMe;
TransferQueue() {
QNode h = new QNode(null, false); // initialize to dummy node.
head = h;
tail = h;
}
/**
* Tries to cas nh as new head; if successful, unlink
* old head's next node to avoid garbage retention.
* 设置头指针指向新的节点，蕴含操作：老的头节点出队。
*/
void advanceHead(QNode h, QNode nh) {
if (h == head &&
UNSAFE.compareAndSwapObject(this, headOffset, h, nh))
h.next = h; // forget old next
}
/**
* Tries to cas nt as new tail.
* 更新队尾节点 为新的队尾。
* @param t 老的队尾
* @param nt 新的队尾
*/
void advanceTail(QNode t, QNode nt) {
if (tail == t)
UNSAFE.compareAndSwapObject(this, tailOffset, t, nt);
}
/**
* Tries to CAS cleanMe slot.
*/
boolean casCleanMe(QNode cmp, QNode val) {
return cleanMe == cmp &&
UNSAFE.compareAndSwapObject(this, cleanMeOffset, cmp, val);
}
2、TransferQueue转移的核心方法transfer
E transfer(E e, boolean timed, long nanos) {
//s 指向当前请求 对应Node
QNode s = null; // constructed/reused as needed
//isData == true 表示 当前请求是一个写数据操作（DATA） 否则isData == false 表示当前请求是一个 REQUEST操作。
boolean isData = (e != null);
for (;;) {
QNode t = tail;
QNode h = head;
if (t == null || h == null) // saw uninitialized value
continue; // spin
/*
* 1. If queue apparently empty or holding same-mode nodes,
* try to add node to queue of waiters, wait to be
* fulfilled (or cancelled) and return matching item.
*/
//CASE1：入队
//条件一：成立，说明head和tail同时指向dummy节点，当前队列实际情况 就是 空队列。此时当前请求需要做入队操作，因为没有任何节点 可以去匹配。
//条件二：队列不是空，队尾节点与当前请求类型是一致的情况。说明也是无法完成匹配操作的情况，此时当前节点只能入队...
if (h == t || t.isData == isData) { // empty or same-mode
//获取当前队尾t 的next节点 tn - t.next
QNode tn = t.next;
if (t != tail) // inconsistent read
continue;
//条件成立：说明已经有线程 入队了，且只完成了 入队的 第一步：设置t.next = newNode， 第二步可能尚未完成..
if (tn != null) { // lagging tail
//协助更新tail 指向新的 尾结点。
advanceTail(t, tn);
continue;
}
//条件成立：说明当前调用transfer方法的 上层方法 可能是 offer() 无参的这种方法进来的，这种方法不支持 阻塞等待...
if (timed && nanos <= 0) // can't wait
return null;
//条件成立：说明当前请求尚未 创建对应的node
if (s == null)
//创建node过程...
s = new QNode(e, isData);
//条件 不成立：!t.casNext(null, s) 说明当前t仍然是tail，当前线程对应的Node入队的第一步 完成！
if (!t.casNext(null, s)) // failed to link in
continue;
//更新队尾 为请求节点。
advanceTail(t, s); // swing tail and wait
//当前节点 等待匹配....
//当前请求为DATA模式时：e 请求带来的数据
//x == this 当前SNode对应的线程 取消状态
//x == null 表示已经有匹配节点了，并且匹配节点拿走了item数据。
//当前请求为REQUEST模式时：e == null
//x == this 当前SNode对应的线程 取消状态
//x != null 且 item != this 表示当前REQUEST类型的Node已经匹配到一个DATA类型的Node了。
Object x = awaitFulfill(s, e, timed, nanos);
//说明当前Node状态为 取消状态，需要做 出队逻辑。
if (x == s) { // wait was cancelled
clean(t, s);
return null;
}
//执行到这里说明 当前Node 匹配成功了...
//1.当前线程在awaitFulfill方法内，已经挂起了...此时运行到这里时是被 匹配节点的线程使用LockSupport.unpark() 唤醒的..
//被唤醒：当前请求对应的节点，肯定已经出队了，因为匹配者线程 是先让当前Node出队的，再唤醒当前Node对应线程的。
//2.当前线程在awaitFulfill方法内，处于自旋状态...此时匹配节点 匹配后，它检查发现了，然后返回到上层transfer方法的。
//自旋状态返回时：当前请求对应的节点，不一定就出队了...
//被唤醒时：s.isOffList() 条件会成立。 !s.isOffList() 不会成立。
//条件成立：说明当前Node仍然在队列内，需要做 匹配成功后 出队逻辑。
if (!s.isOffList()) { // not already unlinked
//其实这里面做的事情，就是防止当前Node是自旋检查状态时发现 被匹配了，然后当前线程 需要将
//当前线程对应的Node做出队逻辑.
//t 当前s节点的前驱节点，更新dummy节点为 s节点。表示head.next节点已经出队了...
advanceHead(t, s); // unlink if head
//x != null 且 item != this 表示当前REQUEST类型的Node已经匹配到一个DATA类型的Node了。
//因为s节点已经出队了，所以需要把它的item域 给设置为它自己，表示它是个取消出队状态。
if (x != null) // and forget fields
s.item = s;
s.waiter = null;
}
//x != null 成立，说明当前请求是REQUEST类型，返回匹配到的数据x
//x != null 不成立，说明当前请求是DATA类型，返回DATA请求时的e。
return (x != null) ? (E)x : e;
}
/*
* 2. If queue apparently contains waiting items, and this
* call is of complementary mode, try to fulfill by CAS'ing
* item field of waiting node and dequeuing it, and then
* returning matching item.
*/
//CASE2：队尾节点 与 当前请求节点 互补 （队尾->DATA，请求类型->REQUEST） (队尾->REQUEST, 请求类型->DATA)
else { // complementary-mode
//h.next节点 其实是真正的队头，请求节点 与队尾模式不同，需要与队头 发生匹配。因为TransferQueue是一个 公平模式
QNode m = h.next; // node to fulfill
//条件一：t != tail 什么时候成立呢？ 肯定是并发导致的，其它线程已经修改过tail了，有其它线程入队过了..当前线程看到的是过期数据，需要重新循环
//条件二：m == null 什么时候成立呢？ 肯定是其它请求先当前请求一步，匹配走了head.next节点。
//条件三：条件成立，说明已经有其它请求匹配走head.next了。。。当前线程看到的是过期数据。。。重新循环...
if (t != tail || m == null || h != head)
continue; // inconsistent read
Object x = m.item;
//条件一：isData == (x != null)
//isData 表示当前请求是什么类型 isData == true：当前请求是DATA类型 isData == false：当前请求是REQUEST类型。
//1.假设isData == true DATA类型
//m其实表示的是 REQUEST 类型的NODE，它的数据域是 null => x==null
//true == (null != null) => true == false => false
//2.假设isData == false REQUEST类型
//m其实表示的是 DATA 类型的NODE，它的数据域是 提交是的e ，并且e != null。
//false == (obj != null) => false == true => false
//总结：正常情况下，条件一不会成立。
//条件二：条件成立，说明m节点已经是 取消状态了...不能完成匹配，当前请求需要continue，再重新选择路径执行了..
//条件三：!m.casItem(x, e)，前提条件 m 非取消状态。
//1.假设当前请求为REQUEST类型 e == null
//m 是 DATA类型了...
//相当于将匹配的DATA Node的数据域清空了，相当于REQUEST 拿走了 它的数据。
//2.假设当前请求为DATA类型 e != null
//m 是 REQUEST类型了...
//相当于将匹配的REQUEST Node的数据域 填充了，填充了 当前DATA 的 数据。相当于传递给REQUEST请求数据了...
if (isData == (x != null) || // m already fulfilled
x == m || // m cancelled
!m.casItem(x, e)) { // lost CAS
//将头结点进行更新，进入下一次cas中
advanceHead(h, m); // dequeue and retry
continue;
}
//执行到这里，说明匹配已经完成了，匹配完成后，需要做什么？
//1.将真正的头节点 出队。让这个真正的头结点成为dummy节点
advanceHead(h, m); // successfully fulfilled
LockSupport.unpark(m.waiter);
return (x != null) ? (E)x : e;
}
}
}
3、TransferQueue中其他重要的方法
Object awaitFulfill(QNode s, E e, boolean timed, long nanos) {
/* Same idea as TransferStack.awaitFulfill */
final long deadline = timed ? System.nanoTime() + nanos : 0L;
Thread w = Thread.currentThread();
//允许自旋检查的次数..
int spins = ((head.next == s) ?
(timed ? maxTimedSpins : maxUntimedSpins) : 0);
//自旋：1.检查状态等待匹配 2.挂起线程 3.检查状态 是否被中断 或者 超时..
for (;;) {
//条件成立：说明线程等待过程中，收到了中断信号，属于中断唤醒..
if (w.isInterrupted())
s.tryCancel(e);
Object x = s.item;
//item有几种情况呢？
//当SNode模式为DATA模式时：
//1.item != null 且 item != this 表示请求要传递的数据 put(E e)
//2.item == this 当前SNode对应的线程 取消状态
//3.item == null 表示已经有匹配节点了，并且匹配节点拿走了item数据。
//当SNode模式为REQUEST模式时：
//1.item == null 时，正常状态，当前请求仍然未匹配到对应的DATA请求。
//2.item == this 当前SNode对应的线程 取消状态
//3.item != null 且 item != this 表示当前REQUEST类型的Node已经匹配到一个DATA类型的Node了。
//条件成立：
//当前请求为DATA模式时：e 请求带来的数据
//item == this 当前SNode对应的线程 取消状态
//item == null 表示已经有匹配节点了，并且匹配节点拿走了item数据。
//当前请求为REQUEST模式时：e == null
//item == this 当前SNode对应的线程 取消状态
//item != null 且 item != this 表示当前REQUEST类型的Node已经匹配到一个DATA类型的Node了。
if (x != e)
return x;
//条件成立：说明请求指定了超时限制..
if (timed) {
nanos = deadline - System.nanoTime();
if (nanos <= 0L) {
s.tryCancel(e);
continue;
}
}
if (spins > 0)
--spins;
else if (s.waiter == null)
s.waiter = w;
else if (!timed)
LockSupport.park(this);
else if (nanos > spinForTimeoutThreshold)
LockSupport.parkNanos(this, nanos);
}
}
/**
* Gets rid of cancelled node s with original predecessor pred.
*/
void clean(QNode pred, QNode s) {
//将清理节点的waiter置为null
s.waiter = null; // forget thread
/*
* At any given time, exactly one node on list cannot be
* deleted -- the last inserted node. To accommodate this,
* if we cannot delete s, we save its predecessor as
* "cleanMe", deleting the previously saved version
* first. At least one of node s or the node previously
* saved can always be deleted, so this always terminates.
*/
while (pred.next == s) { // Return early if already unlinked
QNode h = head;
QNode hn = h.next; // Absorb cancelled first node as head
if (hn != null && hn.isCancelled()) {
advanceHead(h, hn);
continue;
}
QNode t = tail; // Ensure consistent read for tail
if (t == h)
return;
QNode tn = t.next;
if (t != tail)
continue;
if (tn != null) {
advanceTail(t, tn);
continue;
}
if (s != t) { // If not tail, try to unsplice
QNode sn = s.next;
if (sn == s || pred.casNext(s, sn))
return;
}
QNode dp = cleanMe;
if (dp != null) { // Try unlinking previous cancelled node
QNode d = dp.next;
QNode dn;
if (d == null || // d is gone or
d == dp || // d is off list or
!d.isCancelled() || // d not cancelled or
(d != t && // d not tail and
(dn = d.next) != null && // has successor
dn != d && // that is on list
dp.casNext(d, dn))) // d unspliced
casCleanMe(dp, null);
if (dp == pred)
return; // s is already saved node
} else if (casCleanMe(null, pred))
return; // Postpone cleaning s
}
}
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