今天这篇文章，我们继续讲架构师大刘的故事。
大刘有段时间经常会给一些程序员讲课。这一方面是由于团队培训的需要，一方面也是大刘自身想搞搞凡尔赛，嘚瑟一下自身的实力。
大刘讲课是允许公司任何一个人进去听的。提前一个星期把主题公布在公司群里，有人想听到日子直接去就是了。
有一次，大刘在聊并发话题的时候，为了彰显自己确实是个并发达人，用了个 SynchronousQueue 举例子。他说这个队列其实没有容积的概念，就是线程持有数据互相匹配。
嗯，谈到这里还是要说一下，大刘其实也不太懂 SynchronousQueue。只是一来这东西没人用，自然就没人懂；二来它的概念也比较晦涩，有些时候比较违背直觉，所以，即使随口说的一些话可能不太对，也未必会被发现，还能给人一种不明觉厉的感觉。
大刘用过几次，感觉良好。因此没事儿就要秀一下 SynchronousQueue，表示自己这么生僻的也懂，并发达人的名头是没有叫错的。
也就那一次，恰恰被人拆了台。
当时课上来了个新入职的技术，此人长得中等身材，相貌平平，只是脸却长的像种地多年的老农的巴掌。脸上的疙瘩如同老农巴掌上的老茧。这人姓张，这里由于他脸长得像个大巴掌，那就暂且叫他巴掌张。
这个巴掌张打断了大刘的话，言之凿凿说大刘说的是错的，说他看过这个 SynchronousQueue，并不是大刘说的这样。
大刘有点心虚，脖子渗出了一圈汗，但是并发达人的称呼大刘并不想丢掉。于是说了一大堆云里雾里的废话，把话题带偏了开去。并告诉巴掌张，下回要和他在这个舞台上 PK 一二， 要好好看看谁是真正的 SynchronousQueue 的知心朋友。
由于大刘感觉被巴掌张的巴掌糊了脸，便就此下了决心要研究透 SynchronousQueue。
Google 和百度一起查，东西合璧，洋为中用，搞了好是一阵子。最后有个犄角旮旯的小破网站，有人说了这么一句话：
SynchronousQueue 的目的就是为了接头，为了匹配，当接上头了就双方合作愉快，整个工作完成。但是一旦在接头中，任何一方还没到达，那么另一方就必须阻塞着等待。
这句话一下子就敲开了大刘的脑壳，让聪明的智商重新占领了高地。
为啥这句话就点亮了大刘那本来已经像灯泡的脑袋了呢？因为大刘想起了他每次的面试经历，就和这个接头是一样的。
大刘每次去面试，都很规矩的提前赶到新公司。但是大部分情况，时间到了之后都需要等很长时间才开始面试。大刘那时候也年轻，只是以为领导忙，所以倒也恭恭敬敬的等着。
直到大刘自己当了领导，去面试别人的时候，被 HR 委婉的提醒了下，要让候选人等一会儿再过去，显的公司业务很忙，让候选人对公司保持一定的敬畏。那时候，大刘才知道这是一种 PUA 术……
大刘对照着自己的面试经历，一下就理解了 SynchronousQueue 的概念。
SynchronousQueue 本身是为了交接、匹配而存在的。当一个线程往 SynchronousQueue 放东西，发现没线程在等着拿，就给阻塞掉——这就像面试者来早了等面试官。
当一个线程去 SynchronousQueue 拿东西，发现没东西，就去等的时候——就像面试官来早了等面试者。
搞懂 SynchronousQueue 的时候，正是一个冬天，屋外面的寒风在虎虎生威，屋里面的大刘在熠熠生辉。
只是一个堂而皇之摆在 JDK 底层并发包中的队列结构，SynchronousQueue 当然没那么简单，里面还存在着亿点点细节。
所以，大刘在整体方向搞懂之后，开始研究起了细节。他要奋发，狠狠把巴掌张的嚣张气焰压下去，大刘要当公司技术的头牌。
回到现实里，SynchronousQueue 真正的目的就是为了让两个线程的工作结果进行交接。这没什么问题。但是，在这个交接中是需要严格保密的，没有人可以窥视。
嗯，没错，就和你约了女朋友去钟点房那样的不能被窥视。
好，围绕这个 SynchronousQueue 的钟点房，咱们通过源代码，来看这亿点点细节。
首先，钟点房严格保密，里面是多少人，就不能让人知道。所以，就不能让别人通过方法得到具体的数据。对于 SynchronousQueue 来说，自然就是通过 size() 你得不到什么信息。
/**
* Always returns zero.
* A {@code SynchronousQueue} has no internal capacity.
*
* @return zero
*/
public int size() {
return 0;
}
/**
* Always returns {@code true}.
* A {@code SynchronousQueue} has no internal capacity.
*
* @return {@code true}
*/
public boolean isEmpty() {
return true;
}
其次，钟点房也不能随便进去查房，看看都是谁。所以，自然就不能迭代。
/**
* Returns an empty iterator in which {@code hasNext} always returns
* {@code false}.
*
* @return an empty iterator
*/
public Iterator<E> iterator() {
return Collections.emptyIterator();
}
再次，钟点房保护隐私，它也不能让你钻了漏子，不告诉你 XXX 是不是躲在了钟点房里。所以，你也不能知道钟点房里有没有某个人。
/**
* Always returns {@code false}.
* A {@code SynchronousQueue} has no internal capacity.
*
* @param o the element
* @return {@code false}
*/
public boolean contains(Object o) {
return false;
}
/**
* Returns {@code false} unless the given collection is empty.
* A {@code SynchronousQueue} has no internal capacity.
*
* @param c the collection
* @return {@code false} unless given collection is empty
*/
public boolean containsAll(Collection<?> c) {
return c.isEmpty();
}
自然，钟点房也没什么权力赶人出去。
/**
* Always returns {@code false}.
* A {@code SynchronousQueue} has no internal capacity.
*
* @param o the element to remove
* @return {@code false}
*/
public boolean remove(Object o) {
return false;
}
当然，作为一个商业化的钟点房，SynchronousQueue 还是很注意安全的，它贴心的提供了紧急转移的手段。
/**
* @throws UnsupportedOperationException {@inheritDoc}
* @throws ClassCastException {@inheritDoc}
* @throws NullPointerException {@inheritDoc}
* @throws IllegalArgumentException {@inheritDoc}
*/
public int drainTo(Collection<? super E> c) {
if (c == null)
throw new NullPointerException();
if (c == this)
throw new IllegalArgumentException();
int n = 0;
for (E e; (e = poll()) != null;) {
c.add(e);
++n;
}
return n;
}
/**
* @throws UnsupportedOperationException {@inheritDoc}
* @throws ClassCastException {@inheritDoc}
* @throws NullPointerException {@inheritDoc}
* @throws IllegalArgumentException {@inheritDoc}
*/
public int drainTo(Collection<? super E> c, int maxElements) {
if (c == null)
throw new NullPointerException();
if (c == this)
throw new IllegalArgumentException();
int n = 0;
for (E e; n < maxElements && (e = poll()) != null;) {
c.add(e);
++n;
}
return n;
}
最后，钟点房就只能搞搞交接工作了。交接吗，自然是有交有接的，交的就得带东西。
public void put(E e) throws InterruptedException {
if (e == null) throw new NullPointerException();
// put:带着东西进屋子
if (transferer.transfer(e, false, 0) == null) {
Thread.interrupted();
throw new InterruptedException();
}
}
接的肯定不会带着东西，得留地方拿东西。
public E take() throws InterruptedException {
// take:从屋子里把东西拿出来
E e = transferer.transfer(null, false, 0);
if (e != null)
return e;
Thread.interrupted();
throw new InterruptedException();
}
但是呢，这交接工作啊，得在专人安排下进行。
为什么需要专人来帮忙？因为有时候我们的钟点房太受欢迎了，客人多，得排队管管。管这些排队的就是 Transfer，它是钟点房的经理。
/**
* The transferer. Set only in constructor, but cannot be declared
* as final without further complicating serialization. Since
* this is accessed only at most once per public method, there
* isn't a noticeable performance penalty for using volatile
* instead of final here.
*/
private transient volatile Transferer<E> transferer;
/**
* Shared internal API for dual stacks and queues.
*/
abstract static class Transferer<E> {
/**
* Performs a put or take.
*
* @param e if non-null, the item to be handed to a consumer;
* if null, requests that transfer return an item
* offered by producer.
* @param timed if this operation should timeout
* @param nanos the timeout, in nanoseconds
* @return if non-null, the item provided or received; if null,
* the operation failed due to timeout or interrupt --
* the caller can distinguish which of these occurred
* by checking Thread.interrupted.
*/
abstract E transfer(E e, boolean timed, long nanos);
}
Transfer 经理每次开门营业的时候，会收到总部给的牌子，告诉他管理工作要注意方式方法，比如公平有效，比如优先服务 VIP 客人之类的。
/**
* 默认给vip客人开点后门
*/
public SynchronousQueue() {
this(false);
}
/**
* 总部递牌子，告诉Transfer到底是公平还是不公平,
*/
public SynchronousQueue(boolean fair) {
transferer = fair ? new TransferQueue<E>() : new TransferStack<E>();
}
先看看适合劳苦大众的公平模式，先来先享受，晚来没折扣。
static final class TransferQueue<E> extends Transferer<E> {
static final class QNode{...}
transient volatile QNode head;
transient volatile QNode tail;
transient volatile QNode cleanMe;
TransferQueue() {
//经典的链表套路，先搞个虚拟的头结点
QNode h = new QNode(null, false);
head = h;
tail = h;
}
……
……
QNode 就是 Transfer 经理需要的牌子，上面记录点信息，别到时候弄错了。
static final class QNode {
volatile QNode next; // 下一个排队的哥们儿
volatile Object item; // 这次哥们带来的要交接的东西
volatile Thread waiter; // 交接的线程
final boolean isData; // isData == true表示带着东西
QNode(Object item, boolean isData) {
this.item = item;
this.isData = isData;
}
// ...省略一系列CAS方法
}
怎么搞，秘密都在 transfer() 里。
@SuppressWarnings("unchecked")
E transfer(E e, boolean timed, long nanos) {
//...先省略细节
}
transfer 本质就是一直在等待交接完成或者交接被中断，被取消，或者等待超时。
for (;;) {
QNode t = tail;
QNode h = head;
//因为初始化是在构造函数里搞得，可能构造函数没有执行完，就被用上了，就会出现t或者h为null的情况
if (t == null || h == null)
continue; //啥也不能做
//h==t表示没人，t.isData == isData表示过来的哥们和前面的哥们目的一样，那就只能考虑排队等着了。
if (h == t || t.isData == isData) {
QNode tn = t.next;
//线程不安全需要考虑的，现在的尾巴不对，指错了，重新确认下
if (t != tail)
continue;
//队尾确定了，发现又来了人，把尾巴指向新来的人
if (tn != null) {
advanceTail(t, tn);
continue;
}
//超时了，别等了
if (timed && nanos <= 0)
return null;
//总算没事儿了，哥们可以登记进屋了
if (s == null)
s = new QNode(e, isData);
//中间可能有人插队，只能再等等
if (!t.casNext(null, s))
continue;
//准备进屋等着约的人
advanceTail(t, s);
Object x = awaitFulfill(s, e, timed, nanos);
//同一个人出来，那就是任务失败了
if (x == s) {
//清理下
clean(t, s);
return null;
}
if (!s.isOffList()) { //还没脱队
advanceHead(t, s); //排前面单独处理
if (x != null) //交接成功设一下标记
s.item = s;
s.waiter = null;
}
return (x != null) ? (E)x : e;
这段是不是看着很头痛？其实 Transfer 这小子也头痛。
它首先要面临的第一个问题：资源竞争的问题。
客人源源不断的来，由于 Transfer 强迫症，他想每次必须从绝对的队头或者队尾巴开始，所以，每次都要判断下，到底他看到的队头或者队尾，是不是真正的队头、队尾。
确定没问题了，新来的客人就开始被打造成真正的队尾。
然后，成为队尾的哥们就可以等着属于自己的 Mr.Right 过来交接了。等着交接一直到成功或者失败的方法就是 awaitFulfill(t, tn)。
这边有人在等待，同时另外一边，交接的人们也开始陆续过来了。
else { // complementary-mode
QNode m = h.next; // node to fulfill
if (t != tail || m == null || h != head)
continue; // inconsistent read
Object x = m.item;
if (isData == (x != null) || // m already fulfilled
x == m || // m cancelled
!m.casItem(x, e)) { // 交接的核心语句
advanceHead(h, m); // dequeue and retry
continue;
}
advanceHead(h, m); // successfully fulfilled
LockSupport.unpark(m.waiter);
return (x != null) ? (E)x : e;
}
交接最核心的其实就是 m.casItem(x, e)。交接成功，大家各回各家了。
整体的流程如下:
-
开始就是个经典链表开局，head = tail
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陆续开始有节点链接，put 的时候，isData = true；take 的时候，isData = false
-
可能会同时有很多的 put 操作，没有对应的 take 操作，他们就按照次序一个个链接起来，形成链表，并通过 awaitFulfill 方法等着对应的 take
-
也可能同时会有很多的 take 操作，而没有对应的 put 操作，会形成链表，并通过 awaitFulfill 方法等着对应的 put
-
take 操作会从链表头开始找匹配的 put，然后通过 casItem 方法交接
-
put 操作会从链表头开始找匹配的 take，然后通过 casItem 方法交接
所以，SynchronousQueue 你可以看到了，专门就是搞交接任务。
- put 的哥们发现没人 take，就等在那里，等着take操作。
- take的哥们儿发现没人put，也会等在那里，等着put操作。
这就是我们的 SynchronousQueue 钟点房做的事情。
OK，钟点房既然开门做生意，它也要赚钱的嘛。所以，它还得搞搞 VIP 客户收费，也得为 VIP 客户搞一些优待。
对于这些 VIP 客人，我们的 Transfer 经理会特意安排下，以栈的形式来安排客人，越后来的客人越大牌儿。所以，自然是后来的客人会优先搞定交接了。这里简短的介绍下，就不再赘述了。
Transfer 化身成 TransferStack，后来的优先服务。
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开始自然是链表开局，一个无意义的链表头指向了 null
-
发现链表是空了，二话不说，客官，您进来先啦
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和 TransferQueue 一样，如果都是 take 过来，模式就是 REQUEST，就得排队了
-
交接人出现，哥们可以收摊儿了
-
其余的不说了，一样的，说多了没劲
话说，大刘搞清楚了这些细节之后，次日，当巴掌张再次进行挑衅时，大刘彻底稳下来了。
当挨个把细节讲的一清二楚之后，看着巴掌张那张落寞的巴掌脸，瞬间也不觉得像巴掌了，而是像是在猜拳中出的石头剪刀布中的布。大刘没忍住，对着这个布比划出了个剪刀，光荣的结束了战斗。
大刘依然在技术流中独占鳌头。
我们下篇大刘的故事见。
你好，我是四猿外。
一家上市公司的技术总监，管理的技术团队一百余人。
我从一名非计算机专业的毕业生，转行到程序员，一路打拼，一路成长。
我会通过公众号，
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