ConcurrentLinkedQueue介紹

ConcurrentLinkedQueue是線程安全的隊(duì)列，它適用于“高并發(fā)”的場景。

它是一個基于鏈接節(jié)點(diǎn)的無界線程安全隊(duì)列，按照 FIFO（先進(jìn)先出）原則對元素進(jìn)行排序。隊(duì)列元素中不可以放置null元素（內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的特殊節(jié)點(diǎn)除外）。

ConcurrentLinkedQueue的UML圖：

說明：

ConcurrentLinkedQueue繼承于AbstractQueue。

ConcurrentLinkedQueue內(nèi)部是通過鏈表來實(shí)現(xiàn)的。它同時包含鏈表的頭節(jié)點(diǎn)head和尾節(jié)點(diǎn)tail。ConcurrentLinkedQueue按照 FIFO（先進(jìn)先出）原則對元素進(jìn)行排序。元素都是從尾部插入到鏈表，從頭部開始返回。

ConcurrentLinkedQueue的鏈表Node中的next的類型是volatile，而且鏈表數(shù)據(jù)item的類型也是volatile。關(guān)于volatile，我們知道它的語義包含：“即對一個volatile變量的讀，總是能看到（任意線程）對這個volatile變量最后的寫入”。ConcurrentLinkedQueue就是通過volatile來實(shí)現(xiàn)多線程對競爭資源的互斥訪問的。

LinkedBlockingQueue在實(shí)現(xiàn)“多線程對競爭資源的互斥訪問”時，對于“插入”和“取出(刪除)”操作分別使用了不同的鎖。對于插入操作，通過“插入鎖putLock”進(jìn)行同步；對于取出操作，通過“取出鎖takeLock”進(jìn)行同步。

此外，插入鎖putLock和“非滿條件notFull”相關(guān)聯(lián)，取出鎖takeLock和“非空條件notEmpty”相關(guān)聯(lián)。通過notFull和notEmpty更細(xì)膩的控制鎖。

ConcurrentLinkedQueue的源碼分析

構(gòu)造方法

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

head和tail的定義如下：

private transient volatile Node<E> head; private transient volatile Node<E> tail;

所以他們都是線程可見的。

Node的聲明如下：

private static class Node<E> {volatile E item;volatile Node<E> next;Node(E item) {UNSAFE.putObject(this, itemOffset, item);}boolean casItem(E cmp, E val) {return UNSAFE.compareAndSwapObject(this, itemOffset, cmp, val);}void lazySetNext(Node<E> val) {UNSAFE.putOrderedObject(this, nextOffset, val);}boolean casNext(Node<E> cmp, Node<E> val) {return UNSAFE.compareAndSwapObject(this, nextOffset, cmp, val);}// Unsafe mechanicsprivate static final sun.misc.Unsafe UNSAFE;private static final long itemOffset;private static final long nextOffset;static {try {UNSAFE = sun.misc.Unsafe.getUnsafe();Class k = Node.class;itemOffset = UNSAFE.objectFieldOffset(k.getDeclaredField("item"));nextOffset = UNSAFE.objectFieldOffset(k.getDeclaredField("next"));} catch (Exception e) {throw new Error(e);}} }

Node是個單向鏈表節(jié)點(diǎn)，next用于指向下一個Node，item用于存儲數(shù)據(jù)。它們都是可見的，所以Node中操作節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的API，都是可以通過Unsafe機(jī)制的CAS函數(shù)實(shí)現(xiàn)的；例如casNext()是通過CAS函數(shù)“比較并設(shè)置節(jié)點(diǎn)的下一個節(jié)點(diǎn)”

添加元素

public boolean add(E e) {return offer(e); }

offer()方法

public boolean offer(E e) {// 檢查e是不是null，是的話拋出NullPointerException異常。checkNotNull(e);// 創(chuàng)建新的節(jié)點(diǎn)final Node<E> newNode = new Node<E>(e);// 將“新的節(jié)點(diǎn)”添加到鏈表的末尾。for (Node<E> t = tail, p = t;;) {Node<E> q = p.next;// 情況1：q為空if (q == null) {// CAS操作：如果“p的下一個節(jié)點(diǎn)為null”(即p為尾節(jié)點(diǎn))，則設(shè)置p的下一個節(jié)點(diǎn)為newNode。// 如果該CAS操作成功的話，則比較“p和t”(若p不等于t，則設(shè)置newNode為新的尾節(jié)點(diǎn))，然后返回true。// 如果該CAS操作失敗，這意味著“其它線程對尾節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了修改”，則重新循環(huán)。if (p.casNext(null, newNode)) {if (p != t) // hop two nodes at a timecasTail(t, newNode); // Failure is OK.return true;}}// 情況2：p和q相等else if (p == q)p = (t != (t = tail)) ? t : head;// 情況3：其它elsep = (p != t && t != (t = tail)) ? t : q;} }

取出元素

public E poll() {// 設(shè)置“標(biāo)記”restartFromHead:for (;;) {for (Node<E> h = head, p = h, q;;) {E item = p.item;// 情況1// 表頭的數(shù)據(jù)不為null，并且“設(shè)置表頭的數(shù)據(jù)為null”這個操作成功的話;// 則比較“p和h”(若p!=h，即表頭發(fā)生了變化，則更新表頭，即設(shè)置表頭為p)，然后返回原表頭的item值。if (item != null && p.casItem(item, null)) {if (p != h) // hop two nodes at a timeupdateHead(h, ((q = p.next) != null) ? q : p);return item;}// 情況2// 表頭的下一個節(jié)點(diǎn)為null，即鏈表只有一個“內(nèi)容為null的表頭節(jié)點(diǎn)”。則更新表頭為p，并返回null。else if ((q = p.next) == null) {updateHead(h, p);return null;}// 情況3// 這可能到由于“情況4”的發(fā)生導(dǎo)致p=q，在該情況下跳轉(zhuǎn)到restartFromHead標(biāo)記重新操作。else if (p == q)continue restartFromHead;// 情況4// 設(shè)置p為qelsep = q;}}}

總結(jié)：ConcurrentLinkedQueue為什么支持高并發(fā)，它與其他隊(duì)列有什么不同之處？

我們知道，常用的多線程同步機(jī)制有下面三種：

volatile 變量：輕量級多線程同步機(jī)制，不會引起上下文切換和線程調(diào)度。僅提供內(nèi)存可見性保證，不提供原子性。

CAS 原子指令：輕量級多線程同步機(jī)制，不會引起上下文切換和線程調(diào)度。它同時提供內(nèi)存可見性和原子化更新保證。

互斥鎖：重量級多線程同步機(jī)制，可能會引起上下文切換和線程調(diào)度，它同時提供內(nèi)存可見性和原子性。

ConcurrentLinkedQueue用了volatile和CAS原子指令操作隊(duì)列，比起其他隊(duì)列的互斥鎖，更加輕量，更加適合高并發(fā)。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的JUC队列-ConcurrentLinkedQueue(四)的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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