CLH队列中的结点QNode中含有一个locked字段該字段若为true表示该线程需要获取锁,且不释放锁为false表示线程释放了锁。结点之间是通过隐形的链表相连之所以叫隐形的链表是因为这些结点之间没有明显的next指针,而是通过myPred所指向的结点的变化情况来影响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的类圖如下所示:
当一个线程需要获取锁时,会创建一个新的QNode将其中的locked设置为true表示需要获取锁,然后线程对tail域调用getAndSet方法使自己成为队列的尾部,同时获取一个指向其前趋的引用myPred,然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。当一个线程需要释放锁时将当前結点的locked域设置为false,同时回收前趋结点如下图所示,线程A需要获取锁其myNode域为true,些时tail指向线程A的结点然后线程B也加入到线程A后面,tail指向線程B的结点然后线程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它就可以获取锁扫行。明显线程A的myPred locked域为false此时线程A获取到了锁。
整个CLH的代码如下其中用到了ThreadLocal类,将QNode绑定到每一个线程上同时用到了AtomicReference,对尾指针的修改正是调用它的getAndSet()操作来实现的,它能够保证以原子方式更新对象引用
从代码中可以看出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方法很简单只需要將自己的locked域设置为false即可。
CLH队列锁的优点是空间复杂度低(如果有n个线程L个锁,每个线程每次只获取一个锁那么需要的存储空间是O(L+n),n个线程有n个myNodeL个锁有L个tail),CLH的一种变体被应用在了JAVA并发框架中唯一的缺点是在NUMA系统结构下性能很差,在这种系统结构下每个线程有洎己的内存,如果前趋结点的内存位置比较远自旋判断前趋结点的locked域,性能将大打折扣但是在SMP系统结构下该法还是非常有效的。一种解决NUMA系统结构的思路是MCS队列锁