SynchronousQueue原理

SynchronousQueue是一个特殊的阻塞队列，它本身不存储任何元素，而是直接传递元素从一个线程到另一个线程。以下是SynchronousQueue的原理详解：

一、基本概念

1. 无界但无内部容量：SynchronousQueue是无界的，但它没有内部容量来存储元素。这意味着每次插入操作必须等待另一个线程的取走操作，反之亦然。
2. 阻塞队列：它是线程安全的阻塞队列，插入和移除操作会阻塞线程直到匹配的操作出现。

二、实现机制

1. 双队列/双堆栈算法：

   • SynchronousQueue采用双队列（FIFO）实现公平模式，双堆栈（LIFO）实现非公平模式。
   • 在公平模式下，线程按FIFO顺序竞争资源。
   • 在非公平模式下，线程的竞争顺序是不确定的，可能导致某些线程长时间等待（饥饿现象）。

2. 内部类Transferer：

   • SynchronousQueue内部有一个抽象类Transferer，它定义了数据传递的抽象方法transfer。
   • put和take操作都被抽象成统一的方法来进行操作，通过实现Transferer的不同子类来实现具体的操作。

3. CAS+Park机制：

   • SynchronousQueue使用CAS（Compare-And-Swap）操作来实现无锁的线程安全访问。
   • 当线程无法立即完成操作时，会使用Park机制来阻塞线程，直到匹配的操作出现并唤醒它。

三、操作流程

1. put操作：

   • 当一个线程执行put操作时，它会检查队列中是否有等待的take操作。
   • 如果有，它将数据传递给等待的take操作，并唤醒该线程。
   • 如果没有，它将自身加入到等待队列中，并阻塞直到有匹配的take操作出现。

2. take操作：

   • 当一个线程执行take操作时，它会检查队列中是否有等待的put操作。
   • 如果有，它将从等待的put操作中获取数据，并唤醒该线程。
   • 如果没有，它将自身加入到等待队列中，并阻塞直到有匹配的put操作出现。

四、特性与注意事项

1. 不支持的方法：

   • SynchronousQueue不支持peek、迭代、添加null元素和有容量的方法。
   • isEmpty方法永远返回true，remainingCapacity方法永远返回0。

2. 线程安全性：

   • SynchronousQueue是线程安全的，多个线程可以并发地执行put和take操作而不会导致数据不一致。

3. 使用场景：

   • SynchronousQueue常用于需要高效传递资源给消费者的场景，如线程池中的任务分发等。

4. 公平与非公平模式：

   • 在公平模式下，线程按FIFO顺序竞争资源，保证了先来先服务的原则。
   • 在非公平模式下，线程的竞争顺序是不确定的，可能导致某些线程长时间等待。

综上所述，SynchronousQueue是一种特殊的阻塞队列，它通过双队列/双堆栈算法和CAS+Park机制实现了线程间的数据传递。它不支持peek、迭代等方法，但具有线程安全性，并提供了公平和非公平两种模式供选择。