【juc】AbstractQueuedSynchronized为什么采用双向链表

1. 说明

• 1.AbstractQueuedSynchronizer（AQS）采用双向链表的原因，主要基于双向链表自身的特性和AQS的设计需求。

2. 双向链表的特性

2.1 双向指针

• 1.双向链表中的每个节点都有两个指针，一个指向前驱节点，一个指向后继节点。
• 2.从任何一个节点出发，都可以方便地访问其前驱和后继节点。

2.2 高效操作

• 1.双向链表支持在任意节点位置进行数据的插入和删除。
• 2.这些操作的时间复杂度都是O(1)，即不受链表长度的影响。
• 3.这对于需要频繁对链表进行增删操作的场景非常有用。

2.3 支持双向遍历

• 1.双向链表可以在任何一个节点方便地进行向前或向后的遍历，这对于有反向遍历需求的场景来说非常有用。

3. AQS的设计需求

3.1 管理等待线程

• 1.AQS使用双向链表来实现等待队列，用于管理在同步器上等待的线程。
• 2.当线程尝试获取锁但发现锁被占用时，该线程会加入到等待队列中等待。
• 3.双向链表可以保持线程加入等待队列的顺序，即先加入的线程排在队列前面，后加入的线程排在队列后面，这有助于实现公平性。

3.2 高效传播状态信息

• 1.在等待队列中，线程的状态可能会发生变化。
• 2.当前驱节点释放锁时，需要唤醒后继节点。
• 3.双向链表的结构可以使得这种状态信息的传播更加高效。
• 4.每个节点都有指向其前驱和后继节点的引用，因此当前驱节点的状态发生变化时，可以立即影响到后继节点。

3.3 支持异常处理

• 1.在同步队列中，可能存在因为异常或其他原因而不再需要竞争锁的线程。
• 2.这些线程对应的节点需要从链表中删除。
• 3.双向链表可以使得这种删除操作更加高效，因为可以直接通过前驱节点的引用找到需要删除的节点，而无需从头节点开始遍历。

3.4 简化自旋竞争锁的逻辑

• 1.为了提高性能，新加入到链表中的线程会首先通过自旋的方式尝试竞争锁。
• 2.在自旋竞争锁的过程中，需要判断当前线程所在节点的前驱节点是否是头节点。
• 3.如果是头节点的下一个节点，则有必要去竞争锁；否则，就没必要再去触发锁竞争的动作。
• 4.双向链表可以使得这种判断更加高效，因为可以直接通过前驱节点的引用进行判断。

4. 单向链表的局限性

4.1 遍历方向受限

• 1.单向链表只能从头节点开始顺序遍历到尾节点，无法从尾节点向前遍历。
• 2.这种限制在AQS中可能导致某些操作变得复杂或低效，特别是当需要反向查找或处理节点时。

4.2 节点删除操作复杂

• 1.在单向链表中，删除一个节点需要知道其前驱节点（除非该节点是头节点）。
• 2.而在AQS中，当某个线程释放锁并需要唤醒后继线程时，如果采用单向链表，则需要从头节点开始遍历以找到要删除和唤醒的节点，这会增加时间复杂度。

4.3 状态信息传播不便

• 1.在单向链表中，状态信息（如锁状态、线程状态等）的传播通常依赖于遍历链表。
• 2.而在AQS中，状态信息的快速传播对于提高同步器的性能至关重要。
• 3.双向链表可以使得状态信息在节点之间更加高效地传播。