CLH 锁

CLH lock is Craig, Landin, and Hagersten (CLH) locks, CLH lock is a spin lock, can ensure no hunger, provide fairness first come first service.
The CLH lock is a scalable, high performance, fairness and spin lock based on the list, the application thread spin only on a local variable, it constantly polling the precursor state, if it is found that the pre release lock end spin.

研究CLH锁,源于对AQS框架的困惑,在看到AQS共享锁的实现时,不得要领,先看点简单的。
CLH锁,通过对前一个节点的自旋提供公平的竞争锁的机会,严格的先到先得。
CLH的实现很巧妙,对于多线程的控制值得学习,要点如下:

  1. 两个ThreadLocal变量,一个保存当前节点,一个保存前继节点
  2. 队列是隐式存在的,多个线程安全的竞争tail(由CAS方式实现),继而加入队列
  3. 每个线程尝试用自己去替换tail节点,并把之前的tail节点记录自己的为prev节点,通过循环访问prev节点的lock标志位,来等待获取锁
  4. 线程释放锁之后,将当前节点设置为前继节点,相当于队列的出队(个人认为这行代码即使没写,也不影响实现,只是加上之后,所有释放锁的线程都指向同一个节点,有利于垃圾回收)
public class CLHLock {
    private final ThreadLocal<Node> prev; //保存当前线程的前继节点
    private final ThreadLocal<Node> node; //保存当前线程的节点
    //类在初始化时会初始化tail节点,相当于head节点(注意对隐式队列的理解)
    private final AtomicReference<Node> tail = new AtomicReference<Node>(new Node());

    public CLHLock() {
        this.prev = new ThreadLocal<Node>() {
            @Override
            protected Node initialValue() {
                return null;
            }
        };
        this.node = new ThreadLocal<Node>() {
            @Override
            protected Node initialValue() {
                return new Node();
            }
        };
    }

    public void lock() {
        Node node = this.node.get(); //获取Threadlocal变量,每个线程私有
        node.lock = true;
        //CAS方式设置tail节点,设置成功,相当于加入队列
        Node pred = this.tail.getAndSet(node); 
        //把之前的tail节点,存入自己的prev节点,并循环访问其lock标志位,等待释放
        this.prev.set(pred); 
        while (pred.lock) ;
    }

    public void unlock() {
        Node node = this.node.get();
        node.lock = false;
        //线程释放锁之后,将当前节点设置为前继节点,相当于队列的出队(利于GC)
        this.node.set(this.prev.get());
    }

    private class Node {
        //默认初始化值为false
        private volatile boolean lock;
    }
}
画了个草图,辅助理解:
CLH.jpg

参考: 克雷格.兰丁&hagersten (CLH Lock)

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