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• • 非阻塞的棧
  • 非阻塞的鏈表

非阻塞算法（Lock-Free）的實(shí)現(xiàn)

上篇文章我們講到了使用鎖會(huì)帶來的各種缺點(diǎn)，本文將會(huì)講解如何使用非阻塞算法。非阻塞算法一般會(huì)使用CAS來協(xié)調(diào)線程的操作。

雖然非阻塞算法有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是在實(shí)現(xiàn)上要比基于鎖的算法更加繁瑣和負(fù)責(zé)。

本文將會(huì)介紹兩個(gè)是用非阻塞算法實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

非阻塞的棧

我們先使用CAS來構(gòu)建幾個(gè)非阻塞的棧。棧是最簡(jiǎn)單的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，其本質(zhì)是一個(gè)鏈表，而鏈表的根節(jié)點(diǎn)就是棧頂。

我們先構(gòu)建Node數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

public class Node<E> {public final E item;public Node<E> next;public Node(E item){this.item=item;} }

這個(gè)Node保存了內(nèi)存item和它的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)next。

然后我們構(gòu)建非阻塞的棧，在該棧中我們需要實(shí)現(xiàn)pop和push方法，我們使用一個(gè)Atomic類來保存top節(jié)點(diǎn)的引用，在pop和push之前調(diào)用compareAndSet命令來保證命令的原子性。同時(shí)，我們需要不斷的循環(huán)，以保證在線程沖突的時(shí)候能夠重試更新。

public class ConcurrentStack<E> {AtomicReference<Node<E>> top= new AtomicReference<>();public void push(E item){Node<E> newNode= new Node<>(item);Node<E> oldNode;do{oldNode=top.get();newNode.next= oldNode;}while(!top.compareAndSet(oldNode, newNode));}public E pop(){Node<E> oldNode;Node<E> newNode;do {oldNode = top.get();if(oldNode == null){return null;}newNode=oldNode.next;}while(!top.compareAndSet(oldNode, newNode));return oldNode.item;}}

非阻塞的鏈表

構(gòu)建鏈表要比構(gòu)建棧復(fù)雜。因?yàn)槲覀円S持頭尾兩個(gè)指針。以put方法來說，我們需要執(zhí)行兩步操作：1. 在尾部插入新的節(jié)點(diǎn)。2.將尾部指針指向最新的節(jié)點(diǎn)。

我們使用CAS最多只能保證其中的一步是原子執(zhí)行。那么對(duì)于1和2的組合步驟該怎么處理呢？

我們?cè)僮屑?xì)考慮考慮，其實(shí)1和2并不一定要在同一個(gè)線程中執(zhí)行，其他線程在檢測(cè)到有線程插入了節(jié)點(diǎn)，但是沒有將tail指向最后的節(jié)點(diǎn)時(shí)，完全幫忙完成這個(gè)操作。

我們看下具體的代碼實(shí)現(xiàn)：

public class LinkedNode<E> {public final E item;public final AtomicReference<LinkedNode<E>> next;public LinkedNode(E item, LinkedNode<E> next){this.item=item;this.next=new AtomicReference<>(next);} }

先構(gòu)建一個(gè)LinkedNode類。

public class LinkedQueue<E> {private final LinkedNode<E> nullNode= new LinkedNode<>(null, null);private final AtomicReference<LinkedNode<E>> head= new AtomicReference<>(nullNode);private final AtomicReference<LinkedNode<E>> tail= new AtomicReference<>(nullNode);public boolean put(E item){LinkedNode<E> newNode = new LinkedNode<>(item, null);while (true){LinkedNode<E> currentTail= tail.get();LinkedNode<E> tailNext= currentTail.next.get();if(currentTail == tail.get()){if (tailNext != null) {//有其他的線程已經(jīng)插入了一個(gè)節(jié)點(diǎn)，但是還沒有將tail指向最新的節(jié)點(diǎn)tail.compareAndSet(currentTail, tailNext);}else{//沒有其他的線程插入節(jié)點(diǎn)，那么做兩件事情：1. 插入新節(jié)點(diǎn)，2.將tail指向最新的節(jié)點(diǎn)if(currentTail.next.compareAndSet(null, newNode)){tail.compareAndSet(currentTail, newNode);}}}}} }

本文的例子可以參考https://github.com/ddean2009/learn-java-concurrency/tree/master/nonblock

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的非阻塞算法（Lock-Free）的实现的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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