SynchronousQueue的公平模式使用FIFO队列(TransferQueue),按到达顺序匹配;非公平模式使用LIFO栈(TransferStack),仅匹配栈顶,吞吐更高但可能饥饿。

SynchronousQueue 不是传统意义上的队列,它不存储元素,只负责“手递手”式地传递数据——一个线程生产,必须等待另一个线程消费;反之亦然。它的核心是“配对”(match):生产者与消费者线程在同一个节点上直接交换数据。公平性(Fairness)决定的是这个配对过程的调度策略,而非锁的获取顺序。
公平模式:FIFO 配对队列 + 线程唤醒顺序保证
启用公平模式(构造时传 true)后,SynchronousQueue 内部使用一个 CLH 锁风格的双向等待队列(WaitQueue),所有未配对的线程(无论是 put 还是 take)都按进入顺序排队。
- 新来的线程(比如调用
put())会创建一个QNode节点,尾插进等待队列,并自旋 + park 等待匹配; - 当另一个线程调用
take()时,它从队列头开始遍历,找到第一个类型相反的等待节点(即 head 是 put 节点,则 take 线程尝试匹配它); - 匹配成功后,两个线程通过 CAS 修改节点状态、交换数据,并 unpark 对方;
- 关键点:匹配严格遵循队列顺序 —— 先到的 put 必须优先被先到的 take 匹配,不会跳过中间节点,从而实现 FIFO 公平性。
非公平模式:栈结构 + LIFO 尝试 + 自旋优化
默认(非公平)模式下,SynchronousQueue 使用一个 无锁栈(Treiber Stack) 来管理等待节点,核心思想是“后进先出”+“快速自旋探测”:
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- 每个线程入栈时 push 自己的
QNode(栈顶为最新等待者); - 当一个线程(如 take)到来,它先尝试和栈顶节点“配对”(CAS 比较并交换状态);
- 若失败(比如栈顶也是 take,或已被其他线程抢走),它再尝试 pop 栈顶继续向下匹配,但**不保证遍历全部**;
- 更激进的是:它还会在匹配前做几轮短时自旋(spin),检查是否有刚入栈、尚未 park 的“热”节点可立即配对,减少上下文切换;
- 结果是:最后入栈的线程最可能被优先匹配,存在“插队”现象,吞吐更高,但可能饿死早到的线程。
配对动作本身:CAS + volatile + Unsafe.park/unpark
无论公平与否,实际数据交换逻辑高度一致,依赖底层原子操作:
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- 每个
QNode有item(存放数据或 null)、isData(标识是数据还是请求)、waiter(指向阻塞线程)、next(链表/栈指针)等字段; - 匹配时双方线程通过
UNSAFE.compareAndSetObject原子更新对方节点的item和自身状态; - 一旦确认配对成功,立刻调用
LockSupport.unpark(matchedThread)唤醒对方;被唤醒线程检查自己的item是否已被填充,然后返回; - 整个过程无 synchronized,纯 lock-free,靠 CAS + volatile + park/unpark 协作完成零拷贝传递。
为什么没有“锁”却要分公平/非公平?
这里的“公平”不是指 synchronized 或 ReentrantLock 的公平锁语义,而是指等待线程获得匹配机会的调度顺序策略:
- 公平模式用队列强制顺序,适合对响应时间一致性要求高的场景(如实时任务协调);
- 非公平模式用栈+自旋,牺牲顺序性换取更低延迟和更高吞吐,适合大多数通用高并发场景;
- 两者共享同一套配对原语(CAS 更新 item + unpark),差异仅在于“去哪里找对手”以及“按什么顺序找”。

















