Java 并发编程学习笔记 理解CLH队列锁算法

CLH算法实现

CLH队列中的结点QNode中含有一个locked字段，该字段若为true表示该线程须要获取锁，且不释放锁，为false表示线程释放了锁。结点之间是经过隐形的链表相连，之因此叫隐形的链表是由于这些结点之间没有明显的next指针，而是经过myPred所指向的结点的变化状况来影响myNode的行为。CLHLock上还有一个尾指针，始终指向队列的最后一个结点。CLHLock的类图以下所示：

 

 

 

当一个线程须要获取锁时，会建立一个新的QNode，将其中的locked设置为true表示须要获取锁，而后线程对tail域调用getAndSet方法，使本身成为队列的尾部，同时获取一个指向其前趋的引用myPred,而后该线程就在前趋结点的locked字段上旋转，直到前趋结点释放锁。当一个线程须要释放锁时，将当前结点的locked域设置为false，同时回收前趋结点。以下图所示，线程A须要获取锁，其myNode域为true，些时tail指向线程A的结点，而后线程B也加入到线程A后面，tail指向线程B的结点。而后线程A和B都在它的myPred域上旋转，一量它的myPred结点的locked字段变为false，它就能够获取锁扫行。明显线程A的myPred locked域为false，此时线程A获取到了锁。

 

 

 

 

 

整个CLH的代码以下，其中用到了ThreadLocal类，将QNode绑定到每个线程上，同时用到了AtomicReference,对尾指针的修改正是调用它的getAndSet()操做来实现的，它可以保证以原子方式更新对象引用。

 

 1 public class CLHLock {  2     
 3     AtomicReference<QNode> tail = new AtomicReference<QNode>(new QNode());  4     ThreadLocal<QNode> myPred;  5     ThreadLocal<QNode> myNode;  6   
 7     public static class QNode {  8         //注意这个地方 若是不加volatile则会致使线程永远死循环  9         //关于volatile的用法在个人另一篇文章 http://www.cnblogs.com/daxin/p/3364014.html
10         public volatile boolean locked = false; 11  } 12     
13     public CLHLock() { 14         myNode = new ThreadLocal<QNode>() { 15             protected QNode initialValue() { 16                 return new QNode(); 17  } 18  }; 19         myPred = new ThreadLocal<QNode>() { 20             protected QNode initialValue() { 21                 return null; 22  } 23  }; 24  } 25   
26     public void lock() { 27         QNode qnode = myNode.get(); 28         qnode.locked = true; 29         QNode pred = tail.getAndSet(qnode); 30  myPred.set(pred); 31         while (pred.locked) { 32             //非阻塞算法
33  } 34  } 35   
36     public void unlock() { 37         QNode qnode = myNode.get(); 38         qnode.locked = false; 39  myNode.set(myPred.get()); 40  } 41 } 

 

 

从代码中能够看出lock方法中有一个while循环，这 是在等待前趋结点的locked域变为false，这是一个自旋等待的过程。unlock方法很简单，只须要将本身的locked域设置为false便可。

CLH优缺点

CLH队列锁的优势是空间复杂度低（若是有n个线程，L个锁，每一个线程每次只获取一个锁，那么须要的存储空间是O（L+n），n个线程有n个myNode，L个锁有L个tail），CLH的一种变体被应用在了JAVA并发框架中。惟一的缺点是在NUMA系统结构下性能不好，在这种系统结构下，每一个线程有本身的内存，若是前趋结点的内存位置比较远，自旋判断前趋结点的locked域，性能将大打折扣，可是在SMP系统结构下该法仍是很是有效的。一种解决NUMA系统结构的思路是MCS队列锁。