关于java:非阻塞的无界线程安全队列-ConcurrentLinkedQueue

前言

JUC 上面的相干源码持续往下浏览，这就看到了非阻塞的无界限程平安队列 —— ConcurrentLinkedQueue，来一起看看吧。

公众号：『刘志航』，记录工作学习中的技术、开发及源码笔记；时不时分享一些生存中的见闻感悟。欢送大佬来领导！

基于链接节点的无界限程平安队列，对元素 FIFO（先进先出）进行排序。队列的头部是队列中最长工夫的元素，队列的尾部是队列中最短时间的元素。在队列的尾部插入新元素，队列检索操作获取队列头部的元素。

当许多线程共享对公共汇合的拜访 ConcurrentLinkedQueue 是一个适合的抉择。与大多数其余并发汇合实现一样，此类不容许应用 null 元素。

public class ConcurrentLinkedQueueTest {public static void main(String[] args) {ConcurrentLinkedQueue<String> queue = new ConcurrentLinkedQueue<String>();

        // 将指定元素插入此队列的尾部。queue.add("liuzhihang");
        // 将指定元素插入此队列的尾部。queue.offer("liuzhihang");

        // 获取但不移除此队列的头，队列为空返回 null。queue.peek();
        // 获取并移除此队列的头，此队列为空返回 null。queue.poll();}
}

private static class Node<E> {
    
    // 节点中的元素
    volatile E item;
    // 下一个节点
    volatile Node<E> next;

    Node(E item) {UNSAFE.putObject(this, itemOffset, item);
    }
    // CAS 的形式设置节点元素
    boolean casItem(E cmp, E val) {return UNSAFE.compareAndSwapObject(this, itemOffset, cmp, val);
    }
    // 设置下一个节点
    void lazySetNext(Node<E> val) {UNSAFE.putOrderedObject(this, nextOffset, val);
    }

    // CAS 的形式设置下一个节点
    boolean casNext(Node<E> cmp, Node<E> val) {return UNSAFE.compareAndSwapObject(this, nextOffset, cmp, val);
    }

    // 省略 ……
}

在 ConcurrentLinkedQueue 外部含有一个外部类 Node，如上所示，这个外部类用来标识链表中的一个节点，通过代码能够看出，在 ConcurrentLinkedQueue 中的链表为 单向链表。

public class ConcurrentLinkedQueue<E> extends AbstractQueue<E>
        implements Queue<E>, java.io.Serializable {
        
    // 其余省略

    // 头结点
    private transient volatile Node<E> head;      

    // 尾节点
    private transient volatile Node<E> tail;
}

头尾节点应用 volatile 润饰，保障内存可见性。

public ConcurrentLinkedQueue() {head = tail = new Node<E>(null);
}

当创建对象时，头尾节点都是指向一个空节点。

public boolean add(E e) {return offer(e);
}
public boolean offer(E e) {
    
    // 验证是否为空
    checkNotNull(e);

    // 创立节点
    final Node<E> newNode = new Node<E>(e);

    // 循环入队列
    // t 是以后尾节点，p 初始为 t
    for (Node<E> t = tail, p = t;;) {
        // q 为尾节点的下一个节点
        Node<E> q = p.next;
        if (q == null) {
            // 为空，阐明前面没有节点，则 CAS 设置尾节点
            if (p.casNext(null, newNode)) {
                // 此时 p.next 是 newNode
                // 如果 p！= t 阐明有并发
                if (p != t) 
                    // 其余线程曾经更新了 tail
                    // q = p.next 所以 q == null 不正确了
                    // q 取到了 t.next
                    // 此时将 tail 更新为 新节点
                    casTail(t, newNode);  // Failure is OK.
                return true;
            }
            // Lost CAS race to another thread; re-read next
        }
        // 多线程状况下，poll，操作移除元素，可能会导致 p == q 
        // 此时要从新查找
        else if (p == q)
            // 
            p = (t != (t = tail)) ? t : head;
        else
            // 查看 tail 并更新
            p = (p != t && t != (t = tail)) ? t : q;
    }
}

画图阐明：

单线程状况下：

当执行到 Node<E> q = p.next; 时，当前情况如图所示：

判断 q == null，满足条件，此时便会执行 p.casNext(null, newNode) 应用 CAS 设置 p.next。
设置胜利之后，p == t 没有变动，所以程序退出。

多线程状况下：

当执行到 Node<E> q = p.next; 时，当前情况如图所示：

多个线程执行 p.casNext(null, newNode) 应用 CAS 设置 p.next。
A 线程 CAS 设置胜利：

B 线程 CAS 执行失败，从新循环，会执行到 p = (p != t && t != (t = tail)) ? t : q。

再次循环就能够胜利设置上了。

public E poll() {
    restartFromHead:
    // 有限循环
    for (;;) {for (Node<E> h = head, p = h, q;;) {
            // 头结点的 iterm
            E item = p.item;
            // 以后节点如果不为 null CAS 设置为 null
            if (item != null && p.casItem(item, null)) {
                // CAS 胜利 则标记移除
                if (p != h) // hop two nodes at a time
                    updateHead(h, ((q = p.next) != null) ? q : p);
                return item;
            }
            // 以后队列未空 返回 null
            else if ((q = p.next) == null) {updateHead(h, p);
                return null;
            }
            // 自援用了，从新进行循环
            else if (p == q)
                continue restartFromHead;
            else
                p = q;
        }
    }
}

画图过程如下：

在执行内层循环时，如果队列为空：E item = p.item; 此时，iterm 为 null，会 updateHead(h, p) 并返回 null。
假如同时有并发插入操作，增加了一个元素，此时如图所示：

这时会执行最初的 else 将 p = q

持续循环获取 item，并执行 p.casItem(item, null)，而后判断 p != h，更新 head 并返回 item。

这里的状况比较复杂，这里只是列举一种，如果须要能够本人多列举几种。

而查看元素的代码和获取元素代码相似就不多介绍了。

public int size() {
    int count = 0;
    for (Node<E> p = first(); p != null; p = succ(p))
        if (p.item != null)
            // Collection.size() spec says to max out
            if (++count == Integer.MAX_VALUE)
                break;
    return count;
}

CAS 没有加锁，所以 size 是不精确的。并且 size 会遍历一遍列表，比拟消耗性能。

ConcurrentLinkedQueue 在工作中应用的绝对较少，所以浏览相干源码的时候也只是大略看了一下，理解罕用 API，以及底层原理。

简略总结就是应用 单向链表 来保留队列元素，外部应用非阻塞的 CAS 算法，没有加锁。所以计算 size 时可能不精确，同样 size 会遍历链表，所以并不倡议应用。

关于java:非阻塞的无界线程安全队列-ConcurrentLinkedQueue

介绍

根本应用

源码剖析

根本构造

参数介绍

构造函数

增加元素

获取元素

size 操作

总结