Java并发多线程编程——并发容器ConcurrentLinkedQueue

Posted 2021-07-30 小志的博客

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Java并发多线程编程——并发容器ConcurrentLinkedQueue相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

一、ConcurrentLinkedQueue的理解

ConcurrentLinkedQueue属于java.util.concurrent包；
要实现一个线程安全的队列有两种实现方式：一种是加锁，这种实现方式就是我们常说的阻塞队列；另一种是使用循环CAS算法实现，这种方式实现队列称之为非阻塞队列；而ConcurrentLinkedQueue就是一种非阻塞队列。
ConcurrentLinkedQueue是基于链接节点的无界线程安全队列。这个队列排列元素FIFO（先进先出）
下图为jdk1.8API的解释：

二、ConcurrentLinkedQueue的类图

在这里插入图片描述

由上图可知ConcurrentLinkedQueue实现了Queue接口，Queue继承Collection接口，Collection继承Iterable接口；
由上图可知ConcurrentLinkedQueue由head节点和tail节点组成。head头结点，负责出列， tail尾节点，负责入列。

在这里插入图片描述

由上图可知每个节点（Node）由节点元素（item）和指向下一个节点的引用(next)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。

三、ConcurrentLinkedQueue类中常用的方法

1、构造方法

public ConcurrentLinkedQueue() 创建一个 ConcurrentLinkedQueue为空的ConcurrentLinkedQueue。
public ConcurrentLinkedQueue(Collection<? extends E> c) 创建一个 ConcurrentLinkedQueue最初包含给定集合的元素，以集合的迭代器的遍历顺序添加。

2、常用方法

public boolean offer(E e) 在该队列的尾部插入指定的元素。即入队列；
public E poll() 检索并删除此队列的头部，如果此队列为空，则返回 null 。即出队列；

四、ConcurrentLinkedQueue中常用方法的原理

1、offer(E e)方法

/**
     * Inserts the specified element at the tail of this queue.
     * As the queue is unbounded, this method will never return {@code false}.
     *
     * @return {@code true} (as specified by {@link Queue#offer})
     * @throws NullPointerException if the specified element is null
     */
    public boolean offer(E e) {
    	//判断节点是否为null
        checkNotNull(e);
        //创建入队节点，该节点也由节点元素（item）和指向下一个节点的引用(next)组成
        final Node<E> newNode = new Node<E>(e);
		// 循环CAS直到入队成功
        for (Node<E> t = tail, p = t;;) {//p用来表示队列的尾节点，初始情况下p和t都等于tail节点
            Node<E> q = p.next;//q等于p指向下一个节点的引用(next)
            if (q == null) {//判断p是否为尾节点
                  //q等于新节点
                if (p.casNext(null, newNode)) {  
                    if (p != t) 
                        //更新尾节点为最新元素
                        casTail(t, newNode);  
                    return true;
                }
            }
            else if (p == q)
               //将head的next设置为新的head
                p = (t != (t = tail)) ? t : head;
            else
                //寻找尾节点
                p = (p != t && t != (t = tail)) ? t : q;
        }
    }

总结：offer(E e)方法即入队列方法，主要是先定位出尾节点，然后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。

2、poll() 方法

public E poll() {
      restartFromHead:
      for (;;) {
          for (Node<E> h = head, p = h, q;;) {
              E item = p.item;
              //item ！= null && item设置为null，表示出列成功
              if (item != null && p.casItem(item, null)) {
                  if (p != h) // hop two nodes at a time
                      //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)
              		//操作失败，回到循环之前
                  continue restartFromHead;
              else
                 //移动head节点
                  p = q;
          }
      }
    }