CLH(Craig, Landin, and Hagersten locks)机制

CLH(Craig, Landin, and Hagersten locks):

是一个自旋锁，能确保无饥饿性，提供先来先服务的公平性。
CLH锁也是一种基于链表的可扩展、高性能、公平的自旋锁，申请线程只在本地变量上自旋，它不断轮询前驱的状态，如果发现前驱释放了锁就结束自旋。
AQS就是基于CLH队列，AQS是将每一条请求共享资源的线程封装成一个CLH锁队列的一个结点(Node)，来实现锁的分配。
当一个线程需要获取锁时：

1 创建一个的QNode，将其中的locked设置为true表示需要获取锁
2.线程对tail域调用getAndSet方法，使自己成为队列的尾部，同时获取一个指向其前趋结点的引用myPred
3.该线程就在前趋结点的locked字段上旋转，直到前趋结点释放锁
4.当一个线程需要释放锁时，将当前结点的locked域设置为false，同时回收前趋结点

如下图，线程A需要获取锁，其myNode域为true，tail指向线程A的结点，然后线程B也加入到线程A后面，tail指向线程B的结点。然后线程A和B都在其myPred域上旋转，一旦它的myPred结点的locked字段变为false，它就可以获取锁。明显线程A的myPred locked域为false，此时线程A获取到了锁。

public class CLHLock implements Lock {  AtomicReference<QNode> tail ;  ThreadLocal<QNode> myPred;  ThreadLocal<QNode> myNode;  public CLHLock() {  tail = new AtomicReference<QNode>(new QNode());  myNode = new ThreadLocal<QNode>() {  protected QNode initialValue() {  return new QNode();  }  };  myPred = new ThreadLocal<QNode>() {  protected QNode initialValue() {  return null;  }  };  }  @Override  public void lock() {  QNode qnode = myNode.get();  qnode.locked = true;  QNode pred = tail.getAndSet(qnode);  myPred.set(pred);  while (pred.locked) {  }  }  @Override  public void unlock() {  QNode qnode = myNode.get();  qnode.locked = false;  myNode.set(myPred.get());  }
}

CLH分析

CLH队列锁的优点是空间复杂度低（如果有n个线程，L个锁，每个线程每次只获取一个锁，那么需要的存储空间是O（L+n），n个线程有n个myNode，L个锁有L个tail），CLH的一种变体被应用在了JAVA并发框架中(AbstractQueuedSynchronizer.Node)。CLH在SMP系统结构下该法是非常有效的。但在NUMA系统结构下，每个线程有自己的内存，如果前趋结点的内存位置比较远，自旋判断前趋结点的locked域，性能将大打折扣。

一种解决NUMA系统结构的思路是MCS队列锁

MSC与CLH最大的不同并不是链表是显示还是隐式，而是线程自旋的规则不同:CLH是在前趋结点的locked域上自旋等待，而MCS是在自己的结点的locked域上自旋等待。正因为如此，它解决了CLH在NUMA系统架构中获取locked域状态内存过远的问题。
MCS队列锁的具体实现如下：

a. 队列初始化时没有结点，tail=null
b. 线程A想要获取锁，于是将自己置于队尾，由于它是第一个结点，它的locked域为false
c. 线程B和C相继加入队列，a->next=b,b->next=c。且B和C现在没有获取锁，处于等待状态，所以它们的locked域为true，尾指针指向线程C对应的结点
d. 线程A释放锁后，顺着它的next指针找到了线程B，并把B的locked域设置为false。这一动作会触发线程B获取锁

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