SynchronousQueue
无缓冲阻塞队列，用来在两个线程之间移交元素
模式相同则入栈（队），不同则出栈（队），所以并非真正的无缓冲
队列为空也入栈（队）
并不是真正的队列，不维护存储空间，维护的是一组线程，这些线程在等待着放入或者移出元素
这种阻塞队列确实是非常复杂的，但是却非常有用。SynchronousQueue是一种极为特殊的阻塞队列，它没有实际的容量，任意线程（生产者线程或者消费者线程，生产类型的操作比如put，offer，消费类型的操作比如poll，take）都会等待知道获得数据或者交付完成数据才会返回，一个生产者线程的使命是将线程附着着的数据交付给一个消费者线程，而一个消费者线程则是等待一个生产者线程的数据。它们会在匹配到互斥线程的时候就会做数据交易，比如生产者线程遇到消费者线程时，或者消费者线程遇到生产者线程时，一个生产者线程就会将数据交付给消费者线程，然后共同退出。在java线程池newCachedThreadPool中就使用了这种阻塞队列。
优点
将更多关于任务状态的信息反馈给生产者。当交付被接受时，它就知道消费者已经得到了任务，而不是简单地把任务放入一个队列——这种区别就好比将文件直接交给同事，还是将文件放到她的邮箱中并希望她能尽快拿到文件。
成员变量
// CPU的数量
static final int NCPUS = Runtime.getRuntime().availableProcessors();
// 有超时的情况自旋多少次，当CPU数量小于2的时候不自旋
static final int maxTimedSpins = (NCPUS < 2) ? 0 : 32;
// 没有超时的情况自旋多少次
static final int maxUntimedSpins = maxTimedSpins * 16;
// 针对有超时的情况，自旋了多少次后，如果剩余时间大于1000纳秒就使用带时间的LockSupport.parkNanos()这个方法
static final long spinForTimeoutThreshold = 1000L;
// 传输器，即两个线程交换元素使用的东西
private transient volatile Transferer<E> transferer;
//主要定义了一个transfer方法用来传输元素
abstract static class Transferer<E> {
abstract E transfer(E e, boolean timed, long nanos);
}
// 以栈方式实现的Transferer
static final class TransferStack<E> extends Transferer<E> {
// 栈中节点的几种类型：
static final int REQUEST = 0;// 1. 消费者（请求数据的）
static final int DATA = 1;// 2. 生产者（提供数据的）
static final int FULFILLING = 2;// 3. 二者正在匹配中
// 栈中的节点
static final class SNode {
volatile SNode next; // 下一个节点
volatile SNode match; // 匹配者
volatile Thread waiter; // 等待着的线程
Object item; // 元素
int mode;//也就是节点的类型，是消费者，是生产者，还是正在匹配中
}
volatile SNode head;// 栈的头节点
}
// 以队列方式实现的Transferer
static final class TransferQueue<E> extends Transferer<E> {
// 队列中的节点
static final class QNode {
volatile QNode next; // 下一个节点
volatile Object item; // 存储的元素
volatile Thread waiter; // 等待着的线程
final boolean isData;// 是否是数据节点
}
transient volatile QNode head;// 队列的头节点
transient volatile QNode tail;// 队列的尾节点
}
构造器
public SynchronousQueue() {
this(false);// 默认非公平模式
}
public SynchronousQueue(boolean fair) {
transferer = fair ? new TransferQueue<E>() : new TransferStack<E>();// 公平模式使用队列，非公平模式使用栈
}
入队
public void put(E e) throws InterruptedException {
if (e == null) throw new NullPointerException();// 元素不可为null
// 三个参数分别是：传输的元素，是否需要超时，超时的时间
if (transferer.transfer(e, false, 0) == null) {
// 如果传输失败，直接让线程中断并抛出中断异常
Thread.interrupted();
throw new InterruptedException();
}
}
出队
public E take() throws InterruptedException {
// 第一个参数为null表示是消费者，要取元素
E e = transferer.transfer(null, false, 0);
if (e != null)// 如果取到了元素就返回
return e;
// 否则让线程中断并抛出中断异常
Thread.interrupted();
throw new InterruptedException();
}
栈的transfer
E transfer(E e, boolean timed, long nanos) {
SNode s = null;
int mode = (e == null) ? REQUEST : DATA;// 根据e是否为null决定是生产者还是消费者
for (;;) {// 自旋
SNode h = head;// 栈顶元素
if (h == null || h.mode == mode) {// 入栈
if (timed && nanos <= 0) { // 如果有超时设置而且已到期，不能再入栈,协助清理cancel状态的元素
if (h != null && h.isCancelled())// 如果头节点不为空且是取消状态
casHead(h, h.next);//头节点弹出，将h.next设置为新的head，并进入下一次循环
else
return null;// 否则，直接返回null（超时返回null）
} else if (casHead(h, s = snode(s, e, h, mode))) {// 入栈成功
// 调用awaitFulfill()方法自旋+阻塞当前入栈的线程并等待被匹配到
SNode m = awaitFulfill(s, timed, nanos);
// 如果m等于s，说明取消了，那么就把它清除掉，并返回null
if (m == s) {
clean(s);
return null;// 被取消了返回null
}
// 到这里说明匹配到元素了,因为从awaitFulfill()里面出来要不被取消了要不就匹配到了,如果头节点不为空，并且头节点的下一个节点是s,就把头节点换成s的下一个节点,也就是把h和s都弹出了,也就是把栈顶两个元素都弹出了
if ((h = head) != null && h.next == s)
casHead(h, s.next);
// 根据当前节点的模式判断返回m还是s中的值
return (E) ((mode == REQUEST) ? m.item : s.item);
}
} else if (!isFulfilling(h.mode)) {
if (h.isCancelled())// 节点和当前节点模式不一样,如果头节点不是正在匹配中并且已经取消了，就把它弹出栈
casHead(h, h.next);
else if (casHead(h, s=snode(s, e, h, FULFILLING|mode))) {
// 头节点没有在匹配中，就让当前节点先入队，再让他们尝试匹配
// 且s成为了新的头节点，它的状态是正在匹配中
for (;;) {
SNode m = s.next;
// 如果m为null，说明除了s节点外的节点都被其它线程先一步匹配掉了
// 就清空栈并跳出内部循环，到外部循环再重新入栈判断
if (m == null) {
casHead(s, null);
s = null;
break;
}
SNode mn = m.next;
// 如果m和s尝试匹配成功，就弹出栈顶的两个元素m和s
if (m.tryMatch(s)) {
casHead(s, mn);
// 返回匹配结果
return (E) ((mode == REQUEST) ? m.item : s.item);
} else
// 尝试匹配失败，说明m已经先一步被其它线程匹配了,就协助清除它
s.casNext(m, mn);
}
}
} else {
//当前节点和头节点模式不一样,且头节点是正在匹配中
SNode m = h.next;
if (m == null)
// 如果m为null，说明m已经被其它线程先一步匹配了
casHead(h, null);
else {
SNode mn = m.next;
// 协助匹配，如果m和s尝试匹配成功，就弹出栈顶的两个元素m和s
if (m.tryMatch(h))
// 将栈顶的两个元素弹出后，再让s重新入栈
casHead(h, mn);
else
// 尝试匹配失败，说明m已经先一步被其它线程匹配了
// 就协助清除它
h.casNext(m, mn);
}
}
}
}
// 三个参数：需要等待的节点，是否需要超时，超时时间
//等待其他的线程来匹配，这个线程一直阻塞直到被匹配，在阻塞之前首先会自旋，这个自旋会在阻塞之前进行，它会调用shouldSpin方法来进行判断是否需要自选
SNode awaitFulfill(SNode s, boolean timed, long nanos) {
final long deadline = timed ? System.nanoTime() + nanos : 0L;// 到期时间
Thread w = Thread.currentThread();// 当前线程
int spins = (shouldSpin(s) ? (timed ? maxTimedSpins : maxUntimedSpins) : 0); // 自旋次数
for (;;) {
if (w.isInterrupted())// 当前线程中断了，尝试清除s
s.tryCancel();
// 检查s是否匹配到了元素m（有可能是其它线程的m匹配到当前线程的s）
SNode m = s.match;
if (m != null)// 如果匹配到了，直接返回m
return m;
// 如果需要超时
if (timed) {
// 检查超时时间如果小于0了，尝试清除s
nanos = deadline - System.nanoTime();
if (nanos <= 0L) {
s.tryCancel();
continue;
}
}
if (spins > 0)
// 如果还有自旋次数，自旋次数减一，并进入下一次自旋
spins = shouldSpin(s) ? (spins-1) : 0;
// 后面的elseif都是自旋次数没有了
else if (s.waiter == null)
// 如果s的waiter为null，把当前线程注入进去，并进入下一次自旋
s.waiter = w; // establish waiter so can park next iter
else if (!timed)
// 如果不允许超时，直接阻塞，并等待被其它线程唤醒，唤醒后继续自旋并查看是否匹配到了元素
LockSupport.park(this);
else if (nanos > spinForTimeoutThreshold)
// 如果允许超时且还有剩余时间，就阻塞相应时间
LockSupport.parkNanos(this, nanos);
}
}
// SNode里面的方向，调用者m是s的下一个节点
// 这时候m节点的线程应该是阻塞状态的
boolean tryMatch(SNode s) {
// 如果m还没有匹配者，就把s作为它的匹配者
if (match == null &&
UNSAFE.compareAndSwapObject(this, matchOffset, null, s)) {
Thread w = waiter;
if (w != null) {
waiter = null;
// 唤醒m中的线程，两者匹配完毕
LockSupport.unpark(w);
}
// 匹配到了返回true
return true;
}
// 可能其它线程先一步匹配了m，返回其是否是s
return match == s;
}
如果当前的交易栈是空的，或者包含与请求交易节点模式相同的节点，那么就将这个请求交易的节点作为新的栈顶节点，等待被下一个请求交易的节点匹配，最后会返回匹配节点的数据或者null，如果被取消则会返回null。
如果当前交易栈不为空，并且请求交易的节点和当前栈顶节点模式互补，那么将这个请求交易的节点的模式变为FULFILLING，然后将其压入栈中，和互补的节点进行匹配，完成交易之后将两个节点一起弹出，并且返回交易的数据。
如果栈顶已经存在一个模式为FULFILLING的节点，说明栈顶的节点正在进行匹配，那么就帮助这个栈顶节点快速完成交易，然后继续交易。
队列的transfer
E transfer(E e, boolean timed, long nanos) {
//在每一种情况，执行的过程中，检查和尝试帮助其他stalled/slow线程移动队列头和尾节点 循环开始，首先进行null检查，防止未初始队列头和尾节点。当然这种情况，在当前同步队列中，不可能发生，如果调用持有transferer的non-volatile/final引用， 可能出现这种情况。一般在循环的开始，都要进行null检查，检查过程非常快，不用过多担心性能问题。
QNode s = null;
//如果元素e不为null，则为DATA模式，否则为REQUEST模式
boolean isData = (e != null);
for (;;) {
QNode t = tail;
QNode h = head;
//如果队列头或尾节点没有初始化，则自旋
if (t == null || h == null)
continue;
if (h == t || t.isData == isData) { //如果队列为空，或当前节点与队尾模式相同 ,入队
QNode tn = t.next;
if (t != tail) //如果t不是队尾，非一致性读取，自旋
continue;
if (tn != null) { //tn不为null，说明有其他线程添加了tn结点 （设置了tail.next）
advanceTail(t, tn); //如果t.next不为null，设置新的队尾，自旋
continue;
}
if (timed && nanos <= 0) //如果超时，且超时时间小于0，则返回null
return null;
if (s == null)
s = new QNode(e, isData); //根据元素和模式构造节点
if (!t.casNext(null, s)) // 新节点入队列失败(t.next被赋值了)，自旋
continue;
//设置队尾为当前节点
advanceTail(t, s); // swing tail and wait
//自旋或阻塞直到节点被fulfilled
Object x = awaitFulfill(s, e, timed, nanos);
if (x == s) { // wait was cancelled
//如果s指向自己，s出队列，并清除队列中取消等待的线程节点
clean(t, s);
return null;
}
if (!s.isOffList()) { // s仍然在队列中
advanceHead(t, s);
if (x != null)
s.item = s;
s.waiter = null;
}
//如果自旋等待匹配的节点元素不为null，则返回x，否则返回e
return (x != null) ? x : e;
} else {
//如果队列不为空，且与队头的模式不同，及匹配成功 （与队尾匹配成功，则一定与队头匹配成功！）
QNode m = h.next;
if (t != tail || m == null || h != head)
//如果h不为当前队头，则返回，即读取不一致
continue;
Object x = m.item;
if (
isData == (x != null) ||
x == m ||
!m.casItem(x, e)
){
advanceHead(h, m); //如果队头后继，取消等待，则出队列
continue;
}
//否则匹配成功
advanceHead(h, m);
//unpark等待线程
LockSupport.unpark(m.waiter);
//如果匹配节点元素不为null，则返回x，否则返回e，即take操作，返回等待put线程节点元素，
//put操作，返回put元素
return (x != null) ? x : e;
}
}
}
如果队列为空，或者请求交易的节点和队列中的节点具有相同的交易类型，那么就将该请求交易的节点添加到队列尾部等待交易，直到被匹配或者被取消
如果队列中包含了等待的节点，并且请求的节点和等待的节点是互补的，那么进行匹配并且进行交易
SynchronousQueue一般用于生产、消费的速度大致相当的情况，这样才不会导致系统中过多的线程处于阻塞状态。
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