并发集合9-LinkedTransferQueue

前言

1. LinkedTransferQueue是JDK1.7才添加的阻塞队列，基于链表实现的FIFO无界阻塞队列，是ConcurrentLinkedQueue（循环CAS+volatile 实现的wait-free并发算法）、SynchronousQueue（公平模式下转交元素）、LinkedBlockingQueue（阻塞Queue的基本方法）的超集。而且LinkedTransferQueue更好用，因为它不仅仅综合了这几个类的功能，同时也提供了更高效的实现。

2. BlockingQueue接口，它是指这样的一个队列：当生产者向队列添加元素但队列已满时，生产者会被阻塞；当消费者从队列移除元素但队列为空时，消费者会被阻塞。

3. LinkedTransferQueue采用的一种预占模式。意思就是消费者线程取元素时，如果队列为空，那就生成一个节点（节点元素为null）入队，然后消费者线程被等待在这个节点上，后面生产者线程入队时发现有一个元素为null的节点，生产者线程就不入队了，直接就将元素填充到该节点，唤醒该节点等待的线程，被唤醒的消费者线程取走元素，从调用的方法返回。即找到匹配的节点不入队，找不到根据how参数入队。

TransferQueue接口

TransferQueue继承自BlockingQueue接口

LinkedTransferQueue定义

实现了TransferQueue接口

LinkedTransferQueue链表节点Node

将没有匹配的数据节点进行匹配，匹配成功后设置item为null，队列中占位，然后阻塞等待在此节点上的消费者，等待被唤醒被唤醒则返回true。

匹配前后节点item的变化，其中node1为数据节点，node2是消费者请求的占位节点

1. 数据节点，则匹配前item不为null且不为自身，匹配后设置为null。
2. 占位请求节点，匹配前item为null，匹配后自连接。

LinkedTransferQueue重要字段

head和tail节点初始化时都为null

构造器

LinkedTransferQueue是无界队列，并没有指定容量的构造器

xfer核心方法

实现所有队列的出队入队方法的通用方法

how 参数

xfer方法

简单说一下xfer方法的流程

1. 寻找和操作匹配的节点

• 从head开始向后遍历寻找未被匹配的节点，找到一个未被匹配的节点再判断操作和节点类型是否匹配（put和占位请求节点匹配，take和数据节点匹配），如果不匹配则跳出内循环再从head开始寻找未匹配节点（重复），否则通过CAS设置匹配节点的item为e，设置成功后再CAS设置新的head节点为匹配节点的后继节点，向后推进head，将原来的head节点自连接，等待被GC，然后唤醒阻塞在这个节点上的线程，并返回匹配节点的item元素，元素没有入队，而是直接从生产者转交给消费者。
• 上面可分两个步骤：找到未被匹配的节点，然后对节点的类型进行判断和设置head
• put和take的不同：put本身带有data（e != null），put找到匹配的节点，如果节点类型也满足（not isData），则将e设置为p的item元素，并向后推进head，然后唤醒等待的线程，并返回匹配节点原来的item（null）；take本身不带data（e == null），take找到匹配的节点，如果节点类型也满足（ isData），则将e设置为p的item元素（item变为null），并向后推进head，然后唤醒等待的线程，并返回匹配节点原来的item（not null）。

2. 如果遍历整个队列都没有匹配的节点，则执行相对应的how操作处理

注意如果isData为false，则是将一个占位请求节点插入队列尾部。

• NOW：立即返回，也不会插入节点
• SYNC：插入一个item为e（isData = haveData）到队列的尾部，然后自旋或阻塞当前线程直到节点被匹配或者取消。
• ASYNC：插入一个item为e（isData = haveData）到队列的尾部，不阻塞直接返回。
• TIMED：插入一个item为e（isData = haveData）到队列的尾部，然后自旋或阻塞当前线程直到节点被匹配或者取消或者超时。

3. 阻塞或者自旋

插入的占位节点自旋超过一个阀值时将阻塞线程，当频繁写操作时避免过度自旋消耗CPU

ASYNC操作（put、offer、add）

how 参数为ASYNC，即找不到匹配节点，则入队不等待直接返回

NOW操作（poll、tryTransfer）

how 参数为NOW，即找不到匹配节点，则将构建新节点入队并立即返回

SYNC操作（transfer、take）

how 参数为SYNC，即找不到匹配节点，则将构建新节点入队并阻塞线程直到节点被匹配或被取消

TIMED操作（poll、tryTransfer）

how 参数为TIMED，即找不到匹配节点，则将构建新节点入队并阻塞线程直到节点被匹配或被取消或者超时

用途与注意事项

1. 使用LinkedTransferQueue来代替SynchronousQueue也会使得ThreadPoolExecutor得到相应的性能提升。

2. 尽量避免使用how == SYNC的操作，因为LinkedTransferQueue是无界队列，当大量线程都阻塞，则会占用大量的线程资源。