阻塞队列系列：
在上一篇文章，我们说了基于栈（FILO）的 TransferStack 的非公平线程控制逻辑，本篇我们就来看看基于队列（FIFO）的 TransferQueue 的公平的线程控制逻辑。
先来回顾一个问题，当前线程是如何把自己的数据传给阻塞线程的？
为了方便说明，我们假设线程 1 往队列中 take 数据 ，被阻塞住了，变成阻塞线程 A ，然后线程 2 开始往队列中 put 数据 B，大致的流程是这样的：
- 线程 1 从队列中拿数据，发现队列中没有数据，于是被阻塞，成为 A ；
- 线程 2 往队尾 put 数据，会从队尾往前找到第一个被阻塞的节点，假设此时能找到的就是节点 A，然后线程 B 把将 put 的数据放到节点 A 的 item 属性里面，并唤醒线程 1；
- 线程 1 被唤醒后，就能从 A.item 里面拿到线程 2 put 的数据了，线程 1 成功返回。
从这个过程中，我们能看出公平主要体现在，每次 put 数据的时候，都 put 到队尾上，而每次拿数据时，并不是直接从队头拿数据，而是从队尾往前寻找第一个被阻塞的线程，这样就会按照顺序释放被阻塞的线程。
PS：TransferStack 的线程匹配是基于栈的匹配离栈顶近的，所以不公平。
TransferQueue(公平=>FIFO)
static final class TransferQueue<E> extends Transferer<E>{
// 队列头
transient volatile QNode head;
// 队列尾
transient volatile QNode tail;
// 队列的元素
static final class QNode {
...}
//...
}
QNode
static final class QNode {
// 当前元素的值，如果当前元素被阻塞住了，等其他线程来唤醒自己时，其他线程会把自己 set 到 item 里面
volatile Object item; // CAS'ed to or from null
// 可以阻塞住的当前线程
volatile Thread waiter; // to control park/unpark
// true 是 put，false 是 take
final boolean isData;
// 当前元素的下一个元素
volatile QNode next;
// 构造时传入数据和节点类型
QNode(Object item, boolean isData) {
this.item = item;
this.isData = isData;
}
// 将节点val通过cas连接在cmp后面
boolean casNext(QNode cmp, QNode val) {
return next == cmp &&
UNSAFE.compareAndSwapObject(this, nextOffset, cmp, val);
}
// 将item的值通过cas变为val
boolean casItem(Object cmp, Object val) {
return item == cmp &&
UNSAFE.compareAndSwapObject(this, itemOffset, cmp, val);
}
/**
* Tries to cancel by CAS'ing ref to this as item.
*/
void tryCancel(Object cmp) {
UNSAFE.compareAndSwapObject(this, itemOffset, cmp, this);
}
// 被取消的节点就是item=this
boolean isCancelled() {
return item == this;
}
// unsafe相关代码...
}
transfer()：入队&出队
E transfer(E e, boolean timed, long nanos) {
QNode s = null; // constructed/reused as needed
// true 是 put，false 是 get
boolean isData = (e != null);
for (;;) {
// 队列头和尾的临时变量,队列是空的时候，t=h
QNode t = tail;
QNode h = head;
// tail 和 head 没有初始化时，无限循环
// 虽然这种continue非常耗cpu，但一般碰不到这种情况，因为tail和head 在 TransferQueue 初始化时就已经被赋值空节点了
if (t == null || h == null)
continue;
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// 情况一：首尾节点相同（空队列）|| 尾节点的操作和当前节点操作一致（比如队尾是take时阻塞，当前线程也是take）
if (h == t || t.isData == isData) {
QNode tn = t.next;
// 当 t 不是 tail 时。即 tail 已经被修改过了，因为 tail 没有被修改的情况下，t 和 tail 必然相等
if (t != tail)
continue;
// 队尾后面的值还不为空，t 还不是队尾，直接把 tn 赋值给 t，这是一步加强校验。
if (tn != null) {
// CAS修改tail为tn
advanceTail(t, tn);
continue;
}
// 超时直接返回 null
if (timed && nanos <= 0) // can't wait
return null;
// 构造node节点
if (s == null)
s = new QNode(e, isData);
// 如果把 e 放到队尾失败，继续递归放进去
if (!t.casNext(null, s)) // failed to link in
continue;
advanceTail(t, s); // swing tail and wait
// awaitFulfill 同 TransferStack，阻塞住自己，等待配对节点x
Object x = awaitFulfill(s, e, timed, nanos);
if (x == s) {
// wait was cancelled
clean(t, s);
return null;
}
if (!s.isOffList()) {
// not already unlinked
// CAS修改head为s
advanceHead(t, s); // unlink if head
if (x != null) // and forget fields
s.item = s;
s.waiter = null;
}
return (x != null) ? (E)x : e;
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// 情况二：队列不为空，并且当前操作和队尾不一致（比如队尾是因为 take 被阻塞的，那么当前操作必然是 put）
} else {
// complementary-mode
// 如果是第一次执行，此处的 m 代表就是 tail
// 也就是这行代码体现出队列的公平，每次操作时，从头开始按照顺序进行操作
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 代表栈头
// 这里把当前的操作值赋值给阻塞住的 m 的 item 属性，所以 m 被释放时，就可得到此次操作的值
!m.casItem(x, e)) {
// lost CAS
advanceHead(h, m); // dequeue and retry
continue;
}
// 当前操作放到队头
advanceHead(h, m); // successfully fulfilled
// 释放队头阻塞节点
LockSupport.unpark(m.waiter);
return (x != null) ? (E)x : e;
}
}
}