CLH锁的原理和实现

最新推荐文章于 2025-10-09 21:47:07 发布

原创

最新推荐文章于 2025-10-09 21:47:07 发布 · 9k 阅读

17 ·

CC 4.0 BY-SA版权

文章标签：

#Java #并发 #锁 #自旋 #性能

CLH锁是一种基于单向链表的高性能、公平的自旋锁，减少处理器缓存同步次数，降低系统开销。与MCS锁不同，CLH锁在线程的前驱节点的active属性上自旋，简化了节点维护，实现更简洁。在加锁和解锁过程中，通过原子更新器确保线程安全。理解CLH锁对于学习Java并发包的AbstractQueuedSynchronizer至关重要。

前情回顾

上一篇文章中主要讨论了MCS自旋锁的特点和其适用场景，并分析了其原理和实现细节。

MCS锁存在的问题

MCS锁解决了简单自旋锁的一个最大痛点：频繁地缓存同步操作会导致繁重的系统总线和内存的流量，从而大大降低了系统整体的性能。

解决这个问题的思路是将自旋操作限制在一个本地变量上，从而在根本上避免了频繁地多CPU之间的缓存同步。但是MCS锁的实现并不简单，需要注意的事项主要有以下几点：

MCS锁的节点对象需要有两个状态，next用来维护单向链表的结构，blocked用来表示节点的状态，true表示处于自旋中；false表示加锁成功
MCS锁的节点状态blocked的改变是由其前驱节点触发改变的
加锁时会更新链表的末节点并完成链表结构的维护
释放锁的时候由于链表结构建立的时滞(getAndSet原子方法和链表建立整体而言并非原子性)，可能存在多线程的干扰，需要使用忙等待保证链表结构就绪

那么还有没有更轻量的自旋锁方案呢？有！CLH锁。实际上在AbstractQueuedSynchronizer中利用的就是它的一种变体来完成线程之间的排队和同步。

本文就来介绍它的原理和相应实现。

CLH锁

同MCS自旋锁一样，CLH也是一种基于单向链表(隐式创建)的高性能、公平的自旋锁，申请加锁的线程只需要在其前驱节点的本地变量上自旋，从而极大地减少了不必要的处理器缓存同步的次数，降低了总线和内存的开销。

先上实现代码，然后在分析重点：

public class CLHLockV2 {
   
   

    /**
     * CLH锁节点状态 - 每个希望获取锁的线程都被封装为一个节点对象
     */
    private static class CLHNodeV2 {
   
   

        /**
         * 默认状态为true - 即处于等待状态或者加锁成功(换言之，即此节点处于有效的一种状态)
         */
        volatile boolean active = true;

    }

    /**
     * 隐式链表最末等待节点
     */
    private volatile CLHNodeV2                       tail              = null;