高并发编程之ConcurrentLinkedQueue讲解

一、ConcurrentLinkedQueue介绍
一个基于链接节点的无界线程安全队列。此队列按照 FIFO（先进先出）原则对元素进行排序。队列的头部 是队列中时间最长的元素，队列的尾部 是队列中时间最短的元素。当我们获取一个元素时，它会返回队列头部的元素。它采用了“wait－free”算法来实现，该算法在Michael & Scott算法上进行了一些修改, Michael & Scott算法的详细信息可以参见http://www.cs.rochester.edu/u/michael/PODC96.html。

二、ConcurrentLinkedQueue常用方法介绍
1、add(E e) ：将指定元素插入此队列的尾部，返回值为Boolean。
2、contains(Object o) ：如果此队列包含指定元素，则返回 true。
3、isEmpty() ：如果此队列不包含任何元素，则返回 true。
4、iterator() ：返回在此队列元素上以恰当顺序进行迭代的迭代器，返回值为 Iterator。
5、offer(E e) ：将指定元素插入此队列的尾部，返回值为 boolean。
6、peek() ：获取但不移除此队列的头；如果此队列为空，则返回 null。
7、poll() ：获取并移除此队列的头，如果此队列为空，则返回 null。
8、remove(Object o) ：从队列中移除指定元素的单个实例（如果存在），返回值为 boolean。
9、size()：返回此队列中的元素数量。
10、toArray() ：返回以恰当顺序包含此队列所有元素的数组。

三、Java代码示例

package chapter3.concurrentlinkedqueue;

import java.util.Iterator;
import java.util.concurrent.ConcurrentLinkedQueue;

/**
 * @author czd
 */
public class ConcurrentLinkedQueueTest {
    public static void main(String[] args) {
        /**
         * 构造方法摘要
         * ConcurrentLinkedQueue():
         *           创建一个最初为空的 ConcurrentLinkedQueue
         */
        ConcurrentLinkedQueue concurrentLinkedQueue = new ConcurrentLinkedQueue();
        /**
         * 1、add(E e) :将指定元素插入此队列的尾部，返回值为Boolean。
         */
        Boolean addBoolean = concurrentLinkedQueue.add(5);
        System.out.println("是否添加到队列尾部成功: " + addBoolean);

        /**
         * 2、contains(Object o) :如果此队列包含指定元素，则返回 true。
         */
        Boolean containsBoolean = concurrentLinkedQueue.contains(5);
        System.out.println("是否包含5：" + containsBoolean);

        /**
         * 3、isEmpty() ：如果此队列不包含任何元素，则返回 true
         */
        Boolean isEmptyBoolean = concurrentLinkedQueue.isEmpty();
        System.out.println("concurrentLinkedQueue是否为空：" + isEmptyBoolean);

        /**
         * 4、iterator() ：返回在此队列元素上以恰当顺序进行迭代的迭代器，返回值为 Iterator	。
         */
        concurrentLinkedQueue.add(6);
        concurrentLinkedQueue.add(7);
        concurrentLinkedQueue.add(8);
        System.out.println("=====================");
        Iterator iterator = concurrentLinkedQueue.iterator();
        while (iterator.hasNext()){
            System.out.println("iterator的结果：" + iterator.next());
        }

        /**
         * 5、ffer(E e) ：将指定元素插入此队列的尾部，返回值为boolean。
         */
        Boolean offerBoolean = concurrentLinkedQueue.offer(9);
        System.out.println("是否插入队列尾部成功：" + offerBoolean);


        /**
         * 6、peek() ：获取但不移除此队列的头；如果此队列为空，则返回 null。
         */
        Integer peekResult = concurrentLinkedQueue.peek();
        System.out.println("队列的第一个信息：" + peekResult);

        /**
         * 7、poll() ：获取并移除此队列的头，如果此队列为空，则返回 null。
         */
        Integer pollResult = concurrentLinkedQueue.poll();
        System.out.println("队列的第一个信息：" + pollResult);

        /**
         * 8、remove(Object o) ：从队列中移除指定元素的单个实例（如果存在），返回值为Boolean。
         */
        Boolean removeBoolean = concurrentLinkedQueue.remove(9);
        System.out.println("是否移除9成功？" + removeBoolean);

        /**
         * 9、size()：返回此队列中的元素数量
         */
        Integer size = concurrentLinkedQueue.size();
        System.out.println("队列的元素数量：" + size);

    }
}

四、总结
1、ConcurrentLinkedQueue使用CAS非阻塞算法实现使用CAS解决了当前节点与next节点之间的安全链接和对当前节点值的赋值。由于使用CAS没有使用锁，所以获取size的时候有可能进行offer，poll或者remove操作，导致获取的元素个数不精确，所以在并发情况下size函数不是很有用。另外第一次peek或者first时候会把head指向第一个真正的队列元素。
2、ConcurrentLinkedQueue中有两个volatile类型的Node节点分别用来存在列表的首尾节点，其中head节点存放链表第一个item为null的节点，tail则并不是总指向最后一个节点。Node节点内部则维护一个变量item用来存放节点的值，next用来存放下一个节点，从而链接为一个单向无界列表。