concurrent linked queue的学习之旅

后端

2023-08-17 22:25:32

ConcurrentLinkedQueue：一个高性能的线程安全队列

在并发编程中，协调多个线程之间的访问至关重要。ConcurrentLinkedQueue 是一种高效且易于使用的线程安全队列，旨在处理高并发环境。本文将深入探讨 ConcurrentLinkedQueue，包括其原理、实现以及实战应用。

ConcurrentLinkedQueue 原理

ConcurrentLinkedQueue 的核心数据结构是一个无锁并发链表。无锁意味着队列操作不会阻塞其他线程，从而提高了并发性。该链表由头节点和尾节点组成，每个节点存储元素值和指向下一个节点的指针。

添加和删除元素

向队列添加元素时，会创建一个新节点并将其追加到尾节点之后。删除元素时，从头节点开始遍历链表，直到找到目标元素，然后将其从队列中移除。

无锁实现

ConcurrentLinkedQueue 无锁的实现基于两种技术：

比较并交换 (CAS) ：CAS 操作允许原子地更新共享变量。在队列中，CAS 用于修改节点指针，确保并发线程不会覆盖彼此的更改。
单向链接链表 ：链表中的节点只包含指向下一个节点的指针，避免了死锁的可能性。

实战应用

ConcurrentLinkedQueue 适用于各种并发场景，包括：

缓冲区：在生产者-消费者模式中，ConcurrentLinkedQueue 可用作两个线程之间的缓冲区。
并行任务：它可用于将任务分配给多个工作线程，实现并行处理。
通信通道：在分布式系统中，ConcurrentLinkedQueue 可用于在不同的组件之间传递消息。

代码示例

以下是一个使用 ConcurrentLinkedQueue 实现生产者-消费者模式的示例：

import java.util.concurrent.ConcurrentLinkedQueue;

public class ProducerConsumerExample {
    private static ConcurrentLinkedQueue<Integer> queue = new ConcurrentLinkedQueue<>();

    public static void main(String[] args) {
        // 生产者线程
        Thread producer = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 100; i++) {
                queue.add(i);
            }
        });

        // 消费者线程
        Thread consumer = new Thread(() -> {
            while (!queue.isEmpty()) {
                System.out.println(queue.poll());
            }
        });

        // 启动线程
        producer.start();
        consumer.start();
    }
}