并发编程--ConcurrentLinkedQueue详解

一、简介：

        工作中有时 候需要使用 线 程安全的 队 列。如果要 实现 一个 线 程安全的 队 列有两种方式：一种是使用阻塞算法，另一种是使用非阻塞算法。使用阻塞算法的队 列可以用一个 锁 （入队 和出 队 用同一把 锁 ）或两个 锁 （入 队 和出 队 用不同的 锁 ）等方式来 实现 。非阻塞的 实现 方式则 可以使用循 环 CAS 的方式来 实现 。

而ConcurrentLinkedQueue 就是juc包中自带的经典非堵塞方式实现的工具类

二、结构

 

ConcurrentLinkedQueue 由 head 节 点和 tail 节 点 组 成，每个 节 点（ Node ）由 节 点元素（ item ）和

指向下一个 节 点（ next ）的引用 组 成， 节 点与 节 点之 间 就是通 过这 个 next 关 联 起来，从而 组 成一

张链 表 结 构的 队 列。默 认 情况下 head 节 点存 储 的元素 为 空， tail 节 点等于 head 节 点。

private transient volatile Node tail = head;

三、入队

从源代 码 角度来看，整个入 队过 程主要做两件事情：第一是定位出尾 节 点；第二是使用

CAS 算法将入 队节 点 设 置成尾 节 点的 next 节 点，如不成功 则 重 试 。

    public boolean offer(E e) {
        checkNotNull(e);
        // 入队前，创建一个入队节点
        final Node newNode = new Node(e);

        for (Node t = tail, p = t;;) {
            // 创建一个指向tail节点的引用
            Node q = p.next;
            if (q == null) {
                // p is last node
                if (p.casNext(null, newNode)) {
                    // Successful CAS is the linearization point
                    // for e to become an element of this queue,
                    // and for newNode to become "live".
                    if (p != t) // hop two nodes at a time
                        casTail(t, newNode);  // Failure is OK.
                    return true;
                }
                // Lost CAS race to another thread; re-read next
            }
            else if (p == q)
                // We have fallen off list.  If tail is unchanged, it
                // will also be off-list, in which case we need to
                // jump to head, from which all live nodes are always
                // reachable.  Else the new tail is a better bet.
                p = (t != (t = tail)) ? t : head;
            else
                // Check for tail updates after two hops.
                p = (p != t && t != (t = tail)) ? t : q;
        }
    }

tail 节 点并不 总 是尾 节 点，所以每次入 队 都必 须 先通 过 tail 节 点来找到尾 节 点。尾 节 点可能

是 tail 节 点，也可能是 tail 节 点的 next 节 点。代 码 中循 环 体中的第一个 if 就是判断 tail 是否有 next 节

点，有 则 表示 next 节 点可能是尾 节 点。 获 取 tail 节 点的 next 节 点需要注意的是 p 节 点等于 p 的 next

节 点的情况，只有一种可能就是 p 节 点和 p 的 next 节 点都等于空，表示 这 个 队 列 刚 初始化，正准 备 添加 节 点，所以需要返回 head 节 点。

/**
*返回 p 的后继节点，或者如果 p.next 已经链接到 self 则返回头节点，这只有在使用现在不在列表*中的陈旧指针遍历时才会为真。 
**/
   final Node succ(Node p) {
        Node next = p.next;
        return (p == next) ? head : next;
    }

四、出列

public E poll() {
        restartFromHead:
        for (;;) {
            for (Node h = head, p = h, q;;) {
                //入列折腾的tail，那出列折腾的就是head
                E item = p.item;
                //出列判断依据是节点的item=null
                //item ！= null， 并且能将操作节点的item设置null， 表示出列成功
                if (item != null && p.casItem(item, null)) {
                    if (p != h) 
                        //一旦出列成功需要对head进行移动
                        updateHead(h, ((q = p.next) != null) ? q : p);
                    return item;
                }
                else if ((q = p.next) == null) {
                    updateHead(h, p);
                    return null;
                }
                else if (p == q)
                    //第一轮操作失败，下一轮继续，调回到循环前
                    continue restartFromHead;
                else
                    //推动head节点移动
                    p = q;
            }
        }
    }

五、ConcurrentLinkedQueue使用特点

ConcurrentLinkedQueue使用约定：
1:不允许null入列
2:在入队的最后一个元素的next为null
3:队列中所有未删除的节点的item都不能为null且都能从head节点遍历到
4:删除节点是将item设置为null, 队列迭代时跳过item为null节点
5:head节点跟tail不一定指向头节点或尾节点，可能存在滞后性