前言
" JUC 下面的相关源码继续往下阅读，这就看到了非阻塞的无界线程安全队列 —— ConcurrentLinkedQueue，来一起看看吧。 "
1
介绍
基于链接节点的无界线程安全队列，对元素FIFO（先进先出）进行排序。队列的头部是队列中最长时间的元素，队列的尾部是队列中最短时间的元素。在队列的尾部插入新元素，队列检索操作获取队列头部的元素。
当许多线程共享对公共集合的访问 ConcurrentLinkedQueue 是一个合适的选择。与大多数其他并发集合实现一样，此类不允许使用null元素。
基本使用
public class ConcurrentLinkedQueueTest {
public static void main(String[] args) {
ConcurrentLinkedQueue<String> queue = new ConcurrentLinkedQueue<String>();
// 将指定元素插入此队列的尾部。
queue.add("liuzhihang");
// 将指定元素插入此队列的尾部。
queue.offer("liuzhihang");
// 获取但不移除此队列的头，队列为空返回 null。
queue.peek();
// 获取并移除此队列的头，此队列为空返回 null。
queue.poll();
}
}
2
源码分析
基本结构
参数介绍
private static class Node<E> {
// 节点中的元素
volatile E item;
// 下一个节点
volatile Node<E> next;
Node(E item) {
UNSAFE.putObject(this, itemOffset, item);
}
// CAS 的方式设置节点元素
boolean casItem(E cmp, E val) {
return UNSAFE.compareAndSwapObject(this, itemOffset, cmp, val);
}
// 设置下一个节点
void lazySetNext(Node<E> val) {
UNSAFE.putOrderedObject(this, nextOffset, val);
}
// CAS 的方式设置下一个节点
boolean casNext(Node<E> cmp, Node<E> val) {
return UNSAFE.compareAndSwapObject(this, nextOffset, cmp, val);
}
// 省略 ……
}
在 ConcurrentLinkedQueue 内部含有一个内部类 Node，如上所示，这个内部类用来标识链表中的一个节点，通过代码可以看出，在 ConcurrentLinkedQueue 中的链表为单向链表。
public class ConcurrentLinkedQueue<E> extends AbstractQueue<E>
implements Queue<E>, java.io.Serializable {
// 其他省略
// 头结点
private transient volatile Node<E> head;
// 尾节点
private transient volatile Node<E> tail;
}
头尾节点使用 volatile 修饰，保证内存可见性。
构造函数
public ConcurrentLinkedQueue() {
head = tail = new Node<E>(null);
}
当创建对象时，头尾节点都是指向一个空节点。
添加元素
public boolean add(E e) {
return offer(e);
}
public boolean offer(E e) {
// 验证是否为空
checkNotNull(e);
// 创建节点
final Node<E> newNode = new Node<E>(e);
// 循环入队列
// t 是当前尾节点，p 初始为 t
for (Node<E> t = tail, p = t;;) {
// q 为尾节点的下一个节点
Node<E> q = p.next;
if (q == null) {
// 为空，说明后面没有节点，则 CAS 设置尾节点
if (p.casNext(null, newNode)) {
// 此时 p.next 是 newNode
// 如果 p ！= t 说明有并发
if (p != t)
// 其他线程已经更新了 tail
// q = p.next 所以 q == null 不正确了
// q 取到了 t.next
// 此时将 tail 更新为 新节点
casTail(t, newNode); // Failure is OK.
return true;
}
// Lost CAS race to another thread; re-read next
}
// 多线程情况下， poll ，操作移除元素，可能会导致 p == q
// 此时要重新查找
else if (p == q)
//
p = (t != (t = tail)) ? t : head;
else
// 检查 tail 并更新
p = (p != t && t != (t = tail)) ? t : q;
}
}
画图说明：
单线程情况下：
当执行到
Node<E> q = p.next;时，当前情况如图所示：
判断
q == null，满足条件，此时便会执行p.casNext(null, newNode)使用 CAS 设置 p.next。设置成功之后，
p == t没有变动，所以程序退出。
多线程情况下：
当执行到
Node<E> q = p.next;时，当前情况如图所示：
多个线程执行
p.casNext(null, newNode)使用 CAS 设置 p.next。A 线程 CAS 设置成功：
B 线程 CAS 执行失败， 重新循环，会执行到
p = (p != t && t != (t = tail)) ? t : q。
再次循环就可以成功设置上了。
获取元素
public E poll() {
restartFromHead:
// 无限循环
for (;;) {
for (Node<E> h = head, p = h, q;;) {
// 头结点的 iterm
E item = p.item;
// 当前节点如果不为 null CAS 设置为 null
if (item != null && p.casItem(item, null)) {
// CAS 成功 则标记移除
if (p != h) // hop two nodes at a time
updateHead(h, ((q = p.next) != null) ? q : p);
return item;
}
// 当前队列未空 返回 null
else if ((q = p.next) == null) {
updateHead(h, p);
return null;
}
// 自引用了， 重新进行循环
else if (p == q)
continue restartFromHead;
else
p = q;
}
}
}
画图过程如下：
在执行内层循环时，如果队列为空：
E item = p.item;此时，iterm 为 null，会updateHead(h, p)并返回 null。假设同时有并发插入操作，添加了一个元素，此时如图所示：
这时会执行最后的 else 将 p = q
继续循环获取 item，并执行
p.casItem(item, null)， 然后判断p != h，更新 head 并返回 item。
这里的情况比较复杂，这里只是列举一种，如果需要可以自己多列举几种。
而查看元素的代码和获取元素代码类似就不多介绍了。
size 操作
public int size() {
int count = 0;
for (Node<E> p = first(); p != null; p = succ(p))
if (p.item != null)
// Collection.size() spec says to max out
if (++count == Integer.MAX_VALUE)
break;
return count;
}
CAS 没有加锁，所以 size 是不准确的。并且 size 会遍历一遍列表，比较耗费性能。
3
总结
ConcurrentLinkedQueue 在工作中使用的相对较少，所以阅读相关源码的时候也只是大概看了一下，了解常用 API，以及底层原理。
简单总结就是使用单向链表来保存队列元素，内部使用非阻塞的 CAS 算法，没有加锁。所以计算 size 时可能不准确，同样 size 会遍历链表，所以并不建议使用。
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作者：刘志航，一个宅宅的北漂程序员。
" 阅读源码，记录笔记；享受生活，分享心得。"
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