java的CLH隊列鎖是什么

本篇內容介紹了“java的CLH隊列鎖是什么”的有關知識，在實際案例的操作過程中，不少人都會遇到這樣的困境，接下來就讓小編帶領大家學習一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細閱讀，能夠學有所成！

是什么

CLH隊列鎖是一種自旋鎖，提供先來先服務的公平性。

有什么特點

CLH基于鏈表實現。線程只是在不斷的自旋，不斷地輪詢前驅節點的狀態，如果前驅節點釋放了鎖，那么線程結束自旋。
對于持鎖時間很短的場景，比之間把線程阻塞住具有較高的性能，并能可以保持一定的公平性。
還有搭配自旋次數做深入的優化，使得使用場景更廣，性能更好。

有什么作用

對于特定應用場景，使用這種鎖可以提高性能，是一種鎖的優化方向。

實現原理解析

核心理念就是，不要阻塞線程，用循環來替換。
一種LCH參考實現

public class ClhSpinLock implements Lock {

    /**
     * 前驅節點 每個線程
     */
    private final ThreadLocal<Node> prev = ThreadLocal.withInitial(Node::new);

    /**
     * 當前節點
     */
    private final ThreadLocal<Node> currentThreadNode = ThreadLocal.withInitial(Node::new);

    /**
     * 指向隊列末尾節點
     * <p>
     * 值得注意 這個節點的默認值是false 也就是說 如果前驅節點是這個默認的節點 那么它是不會起到鎖的作用
     * 即 第一個線程進來 執行lock()操作之后 立即返回
     * <p>
     * 還有所有就是 所有的線程都共享這個tail引用
     * 鏈表推進是依靠這個共享的tail
     */
    private final AtomicReference<Node> tail = new AtomicReference<>(new Node());

    public ClhSpinLock() {
    }

    /**
     * 1.初始狀態 tail指向一個node(head)節點
     * +------+
     * | head | <---- tail
     * +------+
     * <p>
     * 2.lock-thread加入等待隊列: tail指向新的Node，同時Prev指向tail之前指向的節點
     * +----------+
     * | Thread-A |
     * | := Node  | <---- tail
     * | := Prev  | -----> +------+
     * +----------+        | head |
     * +------+
     * <p>
     * +----------+            +----------+
     * | Thread-B |            | Thread-A |
     * tail ---->  | := Node  |     -->    | := Node  |
     * | := Prev  | ----|      | := Prev  | ----->  +------+
     * +----------+            +----------+         | head |
     * +------+
     * 3.尋找當前node的prev-node然后開始自旋
     */
    @Override
    public void lock() {
        // 值得注意的細節
        // 如果是第一個線程進來
        // 那么pred.locked是false 所以這個線程調用lock之后就直接返回了

        // 第二個線程進來之后 它的pred就是第一個線程的
        // 之后的線程以此類推

        final Node currentThreadNode = this.currentThreadNode.get();
        currentThreadNode.locked = true;

        // 所有線程都通過這個tail的不斷變換去推進
        final Node prev = this.tail.getAndSet(currentThreadNode);
        // 這個只是滿足每個線程自己prev的設置 其實是可以省略掉的
        this.prev.set(prev);

        // 自旋
        while (prev.locked) {

        }
    }

    @Override
    public void unlock() {
        final Node node = this.currentThreadNode.get();
        node.locked = false;

        this.currentThreadNode.set(this.prev.get());
    }

    @Override
    public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {

    }

    @Override
    public boolean tryLock() {
        return false;
    }

    @Override
    public boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
        return false;
    }

    @Override
    public Condition newCondition() {
        return null;
    }

    private static class Node {
        private volatile boolean locked;
    }
}

相關的測試代碼

public class ClhSpinLockTest {

    private static int count = 0;

    private static void testLock(Lock lock) {
        try {
            lock.lock();

            System.out.println("任務啟動線程名稱:" + Thread.currentThread().getName() + " 任務開始時統計數:" + count + " 任務執行時間:" + System.currentTimeMillis());

            for (int i = 0; i < 100; i++) {
                count++;
            }

            System.out.println("任務啟動線程名稱:" + Thread.currentThread().getName() + " 任務結束時統計數:" + count);
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {

        int workerThreadNums = 5;

        // 這個鎖是需要每個相關線程都需要持有的
        final ClhSpinLock clhSpinLock = new ClhSpinLock();
        // 這個是一個柵欄 目的是等到所有線程都執行完 看結果
        final CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(workerThreadNums, () -> System.out.println("最終結果:" + count));

        for (int i = 0; i < workerThreadNums; i++) {
            new Thread(() -> {
                testLock(clhSpinLock);

                try {
                    cyclicBarrier.await();
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }

            }).start();
        }
    }
}

優缺點

1. 空間復雜度低

2. 在不同CPU結構體系下，性能是不同的。

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