java集合之ConcurrentLinkedQueue的示例代码
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问题
(1)ConcurrentLinkedQueue是阻塞队列吗?
(2)ConcurrentLinkedQueue如何保证并发安全?
(3)ConcurrentLinkedQueue能用于线程池吗?
简介
ConcurrentLinkedQueue只实现了Queue接口,并没有实现BlockingQueue接口,所以它不是阻塞队列,也不能用于线程池中,但是它是线程安全的,可用于多线程环境中。
那么,它的线程安全又是如何实现的呢?让我们一起来瞧一瞧。
源码分析
主要属性
// 链表头节点 private transient volatile Nodehead; // 链表尾节点 private transient volatile Node tail;
就这两个主要属性,一个头节点,一个尾节点。
主要内部类
private static class Node{ volatile E item; volatile Node next; }
典型的单链表结构,非常纯粹。
主要构造方法
public ConcurrentLinkedQueue() { // 初始化头尾节点 head = tail = new Node(null); } public ConcurrentLinkedQueue(Collection extends E> c) { Node h = null, t = null; // 遍历c,并把它元素全部添加到单链表中 for (E e : c) { checkNotNull(e); Node newNode = new Node (e); if (h == null) h = t = newNode; else { t.lazySetNext(newNode); t = newNode; } } if (h == null) h = t = new Node (null); head = h; tail = t; }
这两个构造方法也很简单,可以看到这是一个×××的单链表实现的队列。
入队
因为它不是阻塞队列,所以只有两个入队的方法,add(e)和offer(e)。
因为是×××队列,所以add(e)方法也不用抛出异常了。
public boolean add(E e) { return offer(e); } public boolean offer(E e) { // 不能添加空元素 checkNotNull(e); // 新节点 final NodenewNode = new Node (e); // 入队到链表尾 for (Node t = tail, p = t;;) { Node q = p.next; // 如果没有next,说明到链表尾部了,就入队 if (q == null) { // CAS更新p的next为新节点 // 如果成功了,就返回true // 如果不成功就重新取next重新尝试 if (p.casNext(null, newNode)) { // 如果p不等于t,说明有其它线程先一步更新tail // 也就不会走到q==null这个分支了 // p取到的可能是t后面的值 // 把tail原子更新为新节点 if (p != t) // hop two nodes at a time casTail(t, newNode); // Failure is OK. // 返回入队成功 return true; } } else if (p == q) // 如果p的next等于p,说明p已经被删除了(已经出队了) // 重新设置p的值 p = (t != (t = tail)) ? t : head; else // t后面还有值,重新设置p的值 p = (p != t && t != (t = tail)) ? t : q; } }
入队整个流程还是比较清晰的,这里有个前提是出队时会把出队的那个节点的next设置为节点本身。
(1)定位到链表尾部,尝试把新节点放到后面;
(2)如果尾部变化了,则重新获取尾部,再重试;
出队
因为它不是阻塞队列,所以只有两个出队的方法,remove()和poll()。
public E remove() { E x = poll(); if (x != null) return x; else throw new NoSuchElementException(); } public E poll() { restartFromHead: for (;;) { // 尝试弹出链表的头节点 for (Nodeh = head, p = h, q;;) { E item = p.item; // 如果节点的值不为空,并且将其更新为null成功了 if (item != null && p.casItem(item, null)) { // 如果头节点变了,则不会走到这个分支 // 会先走下面的分支拿到新的头节点 // 这时候p就不等于h了,就更新头节点 // 在updateHead()中会把head更新为新节点 // 并让head的next指向其自己 if (p != h) // hop two nodes at a time updateHead(h, ((q = p.next) != null) ? q : p); // 上面的casItem()成功,就可以返回出队的元素了 return item; } // 下面三个分支说明头节点变了 // 且p的item肯定为null else if ((q = p.next) == null) { // 如果p的next为空,说明队列中没有元素了 // 更新h为p,也就是空元素的节点 updateHead(h, p); // 返回null return null; } else if (p == q) // 如果p等于p的next,说明p已经出队了,重试 continue restartFromHead; else // 将p设置为p的next p = q; } } } // 更新头节点的方法 final void updateHead(Node h, Node p) { // 原子更新h为p成功后,延迟更新h的next为它自己 // 这里用延迟更新是安全的,因为head节点已经变了 // 只要入队出队的时候检查head有没有变化就行了,跟它的next关系不大 if (h != p && casHead(h, p)) h.lazySetNext(h); }
出队的整个逻辑也是比较清晰的:
(1)定位到头节点,尝试更新其值为null;
(2)如果成功了,就成功出队;
(3)如果失败或者头节点变化了,就重新寻找头节点,并重试;
(4)整个出队过程没有一点阻塞相关的代码,所以出队的时候不会阻塞线程,没找到元素就返回null;
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