【JUC源码解析】ConcurrentLinkedQueue

简介

ConcurrentLinkedQueue是一个基于链表结点的无界线程安全队列。

概述

队列顺序,为FIFO(first-in-first-out);队首元素,是当前排队时间最长的;队尾元素,当前排队时间最短的。新元素,从队尾插入;检索元素,从队首开始,Node的next属性保证从队首能遍历到所有的有效元素。由于此队列使用Node的next属性联接在一起,因此不允许有null元素。

队列的实现具有非阻塞,弱一致性,滞后更新等特点。

队列维护两个指针,head指针和tail指针,一开始,head和tail都指向“哑巴”结点(Node的item属性为空),新结点从尾部插入,队列向后增长,然而,tail并不总是指向尾部(队列中最后一个元素),head也并不总是指向头部(队列中第一个有效元素)。

head和tail的更新是独立的,也就是说,tail指针很可能比head指针指向更靠前的结点(当然,此结点是已删除结点,下次更新tail结点后,又跑到head结点后面或同一个),这保证了插入和删除的独立性。

hop,跳,指的是head或tail结点与第一个或最后一个结点的距离,大于等于2时更新。

新元素入队时,最后一个结点的next域为null,队列中的所有未删除结点的item域不能为null且从head都可以在O(N)时间内遍历到;

对于要删除的结点,不是将其引用直接置为null,而是将其item域先置为null(迭代器在遍历时会跳过item为null的结点);允许head和tail滞后更新,即前文提到的head/tail指针并非总是指向队列的头/尾节点。

head结点(head指针指向的结点)的next域不能指向该结点自身,tail结点的next域可以指向该结点自己。

源码解析

Node

1         volatile E item; // 元素内容
2         volatile Node<E> next; // 指向下一个结点

头结点和尾结点

1     private transient volatile Node<E> head; // 头结点
2     private transient volatile Node<E> tail; // 尾结点

 入队

 1     public boolean offer(E e) {
 2         checkNotNull(e); // 为空,抛出异常
 3         final Node<E> newNode = new Node<E>(e);
 4 
 5         for (Node<E> t = tail, p = t;;) { // t作为tail的快照,p指向t结点
 6             Node<E> q = p.next; // q是p的next结点
 7             if (q == null) { // q为null,说明p是最后一个结点,可以直接插入
 8                 if (p.casNext(null, newNode)) { // 设置新结点为p的next结点
 9                     if (p != t) // 两跳,更新tail结点
10                         casTail(t, newNode); // 失败,表示其他线程更新成功了
11                     return true; // 返回
12                 }
13             } else if (p == q) // p结点的next域指向了它自己,此操作在更新head结点时发生,表明此结点及其之前的结点已被删除
14                 p = (t != (t = tail)) ? t : head; // 如果tail结点已被其他线程更新,则p指向t(tail)结点,否则(tail指针指向已被删除的结点),p指向head结点,跳到头部,指向活着的结点
15             else
16                 p = (p != t && t != (t = tail)) ? t : q; // p指向它的next结点(q),并在2跳时检查tail结点是否更新,如果更新,则指向tail结点
17         }
18     }

初始队列

一开始,head和tail指针均指向“哑元”结点。

分支一,tail指向最后一个结点,直接插入

插入前

插入后

分支二,tail指向倒数第二个结点

插入前

向后推进,直至达到插入的条件

插入结点,并更新tail指针

分支三,tail滞后于head

插入前

情景1
tail指针未被其他线程更新

 插入后

 

情景2
tail指针被其他线程更新
 

 插入后

分支三的来历

A和B结点被删除,B结点next域指向自己,head指针更新至结点C

 C结点被删除,head指针指向不变
 接着,D结点被删除,head指针更新至结点E,此时,tail结点滞后于head结点,下图即为分支三初始情况

出队

 1     public E poll() {
 2         restartFromHead: for (;;) {
 3             for (Node<E> h = head, p = h, q;;) { // h作为head的快照,p指向h结点
 4                 E item = p.item; // 获取p的item
 5 
 6                 if (item != null && p.casItem(item, null)) { // 如果item不为null, 表示此结点还未删除,尝试将其删除
 7                     if (p != h) // 两跳,更新一次head结点
 8                         updateHead(h, ((q = p.next) != null) ? q : p);
 9                     return item; // 返回此结点item
10                 } else if ((q = p.next) == null) { // 否则,表示此结点已被删除,则查看其next结点是否存在
11                     updateHead(h, p); // 若不存在,则更新head指针指向该结点
12                     return null; // 并返回null
13                 } else if (p == q) // 如果此结点已被删除,并且其next结点不为null,而是指向了自己,表示别的线程已经更新了head指针,为了找到有效结点,则从头开始(转向新的head结点)
14                     continue restartFromHead;
15                 else // 如果此结点已被删除,并且其next结点存在,向后推进,寻找未被删除结点
16                     p = q;
17             }
18         }
19     }

分支一,head结点未被删除

删除前

删除后

 

分支二,head结点已被删除,且其next结点不存在

删除后,不变

或者

删除后

分支三,head结点已被删除,并且其next结点存在,并非指向自己

删除前

向后推进

删除后,且更新head结点

分支四,如果此结点已被删除,并且其next结点不为null,而是指向了自己,表示别的线程已经更新了head指针,如分支三

初始,同分支三删除前

向后推进p指针时,其他线程抢先删除结点,并更新了head指针,同分支三删除后

此时,应从头开始,重新获取head指针,进行后续操作。

 

行文至此结束。

 

尊重他人的劳动,转载请注明出处:http://www.cnblogs.com/aniao/p/aniao_clq.html

 

posted @ 2018-02-25 15:32  林城画序  阅读(259)  评论(0编辑  收藏