之前在文章线程池的内部实现里讲到了一种特殊的队列，就是直接提交队列SynchronousQueue。SynchronousQueue的容量为0，任何一个对SynchronousQueue的写要等待一个对SynchronousQueue的读，反之也一样。因此SynchronousQueue与其说是一个队列，不如说是一个数据通道。那么我们来看看SynchronousQueue的奇妙功能是怎么实现的呢？
对于SynchronousQueue来说，它将put()和take()两个不同的操作抽象为一个共通的方法Transferer.transfer()。从字面上的意思来看，就是数据传递的。它的签名如下：
1 abstract static class Transferer<E> { 2 abstract E transfer(E e, boolean timed, long nanos); 3 }
当参数为非空时，表示当前操作传递给一个消费者，如果为空，则表示当前操作需要请求一个数据；timed参数决定是否存在timed时间，nanos决定了timeout的时长。如果返回值为空，则表示失败（超时或者中断），如果返回值不为空，则表示数据已经接受或者正常提供。
Transferer.transfer()：
Transferer.transfer()方法的实现是SynchronousQueue的核心，它的实现大体上分为三个步骤：
- 如果队列为空，或者队列中节点的类型和本次操作是一致的，那么将当前操作压入队列等待。比如，等待队列中是读线程等待，本此操作也是读，因此两个读都需要等待。进入等待队列的线程可能会被挂起，它们会等待一个匹配操作。
- 如果等待队列中的操作和本次操作是互补的（比如等待操作是读，而本次操作是写），那么就插入一个“完成”状态的节点，并且让它“匹配”到一个等待节点上。接着弹出这两个节点，并且使得对应的两个线程继续执行。
- 如果线程发现等待队列的节点就是“完成”节点，那么帮助这个节点完成任务。其后的操作和步骤2是一致的。
下面通过源码，来对上面的步骤进行说明：
1 E transfer(E e, boolean timed, long nanos) { 2 SNode s = null; // constructed/reused as needed 3 int mode = (e == null) ? REQUEST : DATA; 4 5 for (;;) { 6 SNode h = head; 7 if (h == null || h.mode == mode) { // 队列为空或者模式相同 8 if (timed && nanos <= 0) { // 不进行等待 9 if (h != null && h.isCancelled()) 10 casHead(h, h.next); // 处理取消节点 11 else 12 return null; 13 } else if (casHead(h, s = snode(s, e, h, mode))) { 14 SNode m = awaitFulfill(s, timed, nanos);//等待，直到匹配操作出现 15 if (m == s) { // 等待被取消 16 clean(s); 17 return null; 18 } 19 if ((h = head) != null && h.next == s) 20 casHead(h, s.next); //帮助s的fulfiller 21 return (E) ((mode == REQUEST) ? m.item : s.item); 22 } 23 } else if (!isFulfilling(h.mode)) { // 是否处于fullfill状态 24 if (h.isCancelled()) // 如果已经取消了 25 casHead(h, h.next); // 弹出并重试 26 else if (casHead(h, s=snode(s, e, h, FULFILLING|mode))) { 27 for (;;) { // 一直循环到匹配或者没有等待者 28 SNode m = s.next; // m是s的匹配者 29 if (m == null) { //已经没有等待者了 30 casHead(s, null); // 弹出fulfill节点 31 s = null; // 下一次使用新的节点 32 break; // 重新开始主循环 33 } 34 SNode mn = m.next; 35 if (m.tryMatch(s)) { 36 casHead(s, mn); // 弹出 m 和 s 37 return (E) ((mode == REQUEST) ? m.item : s.item); 38 } else // 匹配失败 39 s.casNext(m, mn); // 帮助删除节点 40 } 41 } 42 } else { // 帮助一个fulfiller 43 SNode m = h.next; // m 是 h 的match 44 if (m == null) // 没有等待者 45 casHead(h, null); //弹出fulfill节点 46 else { 47 SNode mn = m.next; 48 if (m.tryMatch(h)) // 尝试 match 49 casHead(h, mn); // 弹出 m和 h 50 else // match 失败 51 h.casNext(m, mn); // 帮助删除节点 52 } 53 } 54 } 55 }
步骤1，就是代码第7行到23行，第六行的SNode表示等待队列中的节点，SNode的内部封装了当前线程、next节点、匹配节点、数据内容等。第7行，判断当前等待队列为空，或者队列中元素的模式与本次操作相同（比如，都是读操作，那么都必须等待）。第13行，生成一个新的节点并置于队列头部，这个节点就代表当前线程。如果入队成功，则执行第14行代码，awaitFulfill()方法会进行自旋等待，并最终挂起当前线程，直到一个与之对应的操作产生，将其唤醒，线程唤醒后（表示已经读取到数据或者自己产生的数据已近被别的线程读取），并在代码第19、20行尝试帮助对应的线程完成两个节点的出队操作。并在最后，返回读取或者写入的数据（第21行）。
步骤2，代码的23到42行。第23行，首先判断头部节点是否处于fulfill模式。如果是，则需进入步骤3。否则，将视自己为对应的的fulfill线程。第23行，生成一个SNode元素，设置为fulfill模式并将其压入队列头部。接着，设置m（原始的队列头部）为s的匹配节点（35行），这个tryMatch()方法将会激活一个等待线程，并将m传递给那个线程，如果设置成功，则表示数据投递完成，将s和m两个节点弹出即可（第36行）。如果tryMatch()失败，则表示已经有其他线程帮我完成了操作，那么简单的删除m节点即可（39行），因为这个节点的数据已经被传递，不需要再次处理，然后跳转到第27行的循环体，进行下一个等待线程的匹配和数据传递，知道队列中没有等待线程为止。
步骤3，代码第42到52行。如果线程在执行时，发现头部元素恰好是fulfill模式，就会执行步骤3。步骤3的执行原理和步骤2是完全一致的，唯一不同的是步骤3不会返回，因为步骤3所进行的工作是帮助其他线程尽快的投递它们的数据，而自己并没有完成对应的操作。因此，线程再进入步骤3后，再次进入大循环体，从步骤1开始重新判断条件和投递数据。
从整个的数据投递的过程中可看出，在SynchronousQueue中，参与工作的所有线程不仅仅是竞争资源的关系。更重要的是，线程彼此之间还会互相帮助。在一个线程内部，可能会帮助其他线程完成他们的工作。这种模式可以更大程度上减少饥饿的可能，提高系统整体的并发度。
SynchronousQueue的特性：
❤ SynchronousQueue没有容量。与其他BlockingQueue不同，SynchronousQueue是一个不存储元素的BlockingQueue。每一个put操作必须要等待一个take操作，否则不能继续添加元素，反之亦然。
❤ 因为没有容量，所以对应的peek、contains、clear、isEmpty.....等方法其实是无效的。例如clear是不执行任何操作的，contains始终返回false，peek始终返回null。
❤ SynchronousQueue分为公平和非公平，默认情况下采用非公平性访问策略，当然也可以通过构造函数来设置为公平性访问策略（为true即可）。
❤ SynchronousQueue内部采用了无锁实现（CAS）。
参考：《Java高并发程序设计》 葛一鸣 郭超 编著：