在Java并发编程中，我们大多数时候所用到的阻塞队列，一般消费者等待生产者提供数据，消费者可能阻塞而生产者一般不阻塞（除非队列满）。但是，在有的时候，我们希望生产者在把任务成功交至消费者之前也阻塞，其目的可能是为了保证任务数据的安全转移、防止丢失等。因为，如果我们使用生产者不阻塞的队列，那么生产者把任务放进队列后就直接返回，消费者过一段时间再来获取，如果在这段时间内，系统宕机或者被强制重启（例如线程池shutdownNow），那么队列中的数据就会丢失。如果生产者事先没有备份，那么这些数据就会永久丢失。生产者把数据放入阻塞队列，和消费者从队列取出数据，这两个操作之间存在一段时间，在这段时间内数据可能丢失。
使用SynchronousQueue（或者TransferQueue）就可以避免这个问题，因为它会保证任务数据在生产者和消费者之间的直接转移，不再经过阻塞队列。然而，目前我们在网上几乎找不到几篇解析SynchronousQueue使用场景及其实现原理的文章，也没有文章讲清这种阻塞队列的用途。因此，本文将分析SynchronousQueue的使用方法及实现原理，值得一看，或许能为你设计高度数据安全的系统提供启发和参考。
注意，SynchronousQueue实现了生产者和消费者线程在执行时间上的对齐（如上图所示）。怎么理解？例如有一个Runnable的任务，它一开始在线程A中运行，后来借助SynchronousQueue转移到了线程B，那么这个Runnabled的run方法中计时操作就不包含在队列中进行等待的时间（包含阻塞等待的时间）。
- SynchronousQueue阻塞队列
JDK并发包提供了五花八门的阻塞队列，包括ArrayBlockingQueue（有界阻塞队列）、LinkedBlockingQueue（无界阻塞队列）、PriorityBlockingQueue（优先级阻塞队）等。其中，SynchronousQueue（同步阻塞队列）是比较特殊的一种阻塞队列，特点如下：
队列存储空间始终等于0（1个元素也不保存）。
当没有消费者时，生产者往队列放数据会阻塞。
当没有生产者时，消费者从队列取数据会阻塞。
上面第1个特征，在介绍线程池的时候提到过，容量一定是0，只有等消费者到来之后，生产者才可以把数据放进去。而一旦放进去，就立即被消费者取走。如果你对线程池的使用不太熟悉，请看线程池使用方法1和线程池使用方法2，如果对线程池的底层实现感兴趣，想要碾压某些面试官，请看线程池实现原理详解。
如果生产者和消费者两者中只有一个操作队列（put或take），则会阻塞；只有当生产者调用put且消费者调用take，形成一条同步的连接，才会继续往下执行。从最终效果看，对象从生产者转移到消费者线程，相当于跨线程同步执行。
2. SynchronousQueue的实现原理
虽然SynchronousQueue容量始终为0，但是其内部有数据结构，用来临时存放被阻塞的生产者/消费者线程。这个数据结构就是dual stack（非公平模式）或dual queue（公平模式）。当生产者往队列提交数据（put操作）而此时没有消费者时，就往这个dual中放入一个"data"节点；当消费者从队列取数据（take操作）而此时没有生产者时，就往这个dual中放入一个"request"节点。"data"节点与"request"节点互相抵消（或称为匹配，match）。某种程度上，类似于表达式匹配问题的左右括号匹配。
3. 非公平模式的dual stack算法
dual stack其实就是用一个栈，保存等待线程。至于为什么叫dual stack请继续看下文。
当生产者执行put或消费者执行take时，
1）如果此时栈为空或栈顶已经存在同类节点，则创建节点（put对应"data"节点，take对应"request"节点）并阻塞等待匹配。
2）如果此时栈顶存在一个匹配节点（put操作遇到"request"节点，或take操作遇到"data"节点），那么把新节点标记为fulfilling，然后入栈，把新节点放到原来等待匹配节点的match字段中，唤醒等待线程，然后从栈弹出两个节点（这就是为什么叫dual stack）。
3）如果此时栈顶已经是一个被标记了fulfilling的节点（其他线程放进去的），那么协助执行步骤2的"唤醒所对应线程，然后从栈弹出两个节点"操作（与步骤2操作相同）。
以上3个步骤就是dual stack算法实现无锁TransferQueue的步骤。实现代码中还加入了一些自旋、判断是否取消、计时等操作细节，这些操作是插入到以上3个步骤的小代码段，比较琐碎，就不分析了。
- 公平模式的dual queue算法
dual queue算法与dual stack算法比较接近，但是更简单一些，执行步骤如下：
当生产者执行put或消费者执行take时，
1） 队列为空或队列头部不是匹配节点，在队列尾部插入当前操作所对应的节点（put操作对应"data"节点，take操作对应"request"），阻塞等待匹配。
2） 队列头部是匹配节点，则取出头部节点，唤起等待线程；
心得：大牛总喜欢在代码中构造很多"巧妙之处"。例如，执行到某个地方，仅做一个简单判断，"正好"把各种情况封装成一个非常简洁的判断，设计得非常优雅，有数学上的美感，值得学习。
补充一下，之前的文章可能对某些分析得不够深入，我可能会更加深入分析，如果你感兴趣的话，请及时本关注公众号。感谢支持，祝工作顺利，面试成功！
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