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并发队列ConcurrentLinkedQueue深入解析

见解分享

Java并发ConcurrentLinkedQueue源码学习与总结

在Java中，并发队列ConcurrentLinkedQueue以其优异的并发性和高效性而备受推崇。本文将带你深入ConcurrentLinkedQueue的源码，探究其实现原理，并总结其核心特性和适用场景。

ConcurrentLinkedQueue简介

ConcurrentLinkedQueue是一个无界的并发队列，它基于链表结构实现，支持多线程同时访问和修改队列中的元素。与传统的阻塞队列不同，ConcurrentLinkedQueue采用非阻塞算法，避免了线程阻塞和唤醒的开销。

源码分析

数据结构

ConcurrentLinkedQueue的底层数据结构是一个带有头节点和尾节点的双向链表。每个节点都包含一个元素和指向下一个节点和前一个节点的引用。

// 节点类
static class Node<E> {
    final E item;
    Node<E> next;
    Node<E> prev;
}

入队和出队操作

ConcurrentLinkedQueue的入队和出队操作都是通过修改链表指针来完成的。入队时，将新元素添加到链表尾部，并更新尾节点的next引用指向新元素。出队时，从链表头部删除元素，并更新头节点的next引用指向下一个元素。

// 入队方法
public boolean offer(E e) {
    // 创建新节点
    Node<E> newNode = new Node<>(e);
    // 获取尾节点
    Node<E> tail = tail;
    // 将新节点添加到链表尾部
    newNode.prev = tail;
    if (tail != null)
        tail.next = newNode;
    // 更新尾节点
    tail = newNode;
    return true;
}

// 出队方法
public E poll() {
    // 获取头节点
    Node<E> head = head;
    // 头节点为空，则队列为空
    if (head == null)
        return null;
    // 从链表头部删除元素
    E item = head.item;
    Node<E> next = head.next;
    head.next = null;
    // 更新头节点
    head = next;
    return item;
}

并发控制

ConcurrentLinkedQueue通过CAS（Compare-And-Swap）操作实现并发控制。在入队和出队操作中，都会使用CAS来更新链表指针，确保线程之间的原子性和可见性。

// CAS更新链表指针
private boolean casNext(Node<E> node, Node<E> cmp, Node<E> val) {
    return UNSAFE.compareAndSwapObject(node, nextOffset, cmp, val);
}

特性与适用场景

特性：

  • 无界：ConcurrentLinkedQueue没有容量限制，可以存储任意数量的元素。
  • 高并发性：基于非阻塞算法，支持多线程同时访问和修改队列。
  • FIFO（先进先出）：遵循FIFO原则，最早入队的元素最先出队。

适用场景：

  • 并发队列：在需要支持多线程并发访问和修改队列的场景中。
  • 生产者-消费者模型：作为生产者和消费者之间的数据交换媒介。
  • 缓冲区：用于在不同速度的组件之间进行缓冲，避免数据丢失。

总结

Java中的ConcurrentLinkedQueue是一种高效且易于使用的并发队列，它基于链表结构和非阻塞算法实现。其无界、高并发和FIFO的特性使其非常适合于需要并发访问队列的场景。通过深入了解其源码，我们可以更好地理解其工作原理和适用范围，从而在实际开发中更好地利用这一强大的并发工具。

参考资料：