Java 线程 — ConcurrentLinkedQueue

ConcurrentLinkedQueue

在考虑并发的时候可以先考虑单线程的情况，然后再将并发的情况考虑进来。

比如ConcurrentLinkedQueue：

1. 先考虑单线的offer
2. 再考虑多线程时候的offer：
   • 多个线程offer
   • 部分线程offer，部分线程poll
     • offer比poll快
     • poll比offer快

offer

public boolean offer(E e) {
    checkNotNull(e);
    // 新建一个node
    final Node<E> newNode = new Node<E>(e);

    // 不断重试（for只有初始化条件，没有判断条件），直到将node加入队列
    // 初始化p、t都是指向tail
    // 循环过程中一直让p指向最后一个节点。让t指向tail
    for (Node<E> t = tail, p = t;;) {
    	// q一直指向p的下一个
        Node<E> q = p.next;
        if (q == null) {
            // p is last node
            // 如果q为null表示p是最后一个元素，尝试加入队列
            // 如果失败，表示其他线程已经修改了p指向的节点
            if (p.casNext(null, newNode)) {
                // Successful CAS is the linearization point
                // for e to become an element of this queue,
                // and for newNode to become "live".
                // node加入队列之后，tail距离最后一个节点已经相差大于一个了，需要更新tail
                if (p != t) // hop two nodes at a time
                	// 这儿允许设置tail为最新节点的时候失败，因为添加node的时候是根据p.next是不是为null判断的，
                    casTail(t, newNode);  // Failure is OK.
                return true;
            }
            // Lost CAS race to another thread; re-read next
        }
        else if (p == q)
        	// 虽然q是p.next，但是因为是多线程，在offer的同时也在poll，如offer的时候正好p被poll了，那么在poll方法中的updateHead方法会将head指向当前的q，而把p.next指向自己，即：p.next == p
            // 这个时候就会造成tail在head的前面，需要重新设置p
            // 如果tail已经改变，将p指向tail，但这个时候tail依然可能在head前面
            // 如果tail没有改变，直接将p指向head
            // We have fallen off list.  If tail is unchanged, it
            // will also be off-list, in which case we need to
            // jump to head, from which all live nodes are always
            // reachable.  Else the new tail is a better bet.
            p = (t != (t = tail)) ? t : head;
        else
            // Check for tail updates after two hops.
            // tail已经不是最后一个节点，将p指向最后一个节点
            p = (p != t && t != (t = tail)) ? t : q;
    }
}

poll

public E poll() {
	// 如果出现p被删除的情况需要从head重新开始
    restartFromHead:
    for (;;) {
        for (Node<E> h = head, p = h, q;;) {
            E item = p.item;

            if (item != null && p.casItem(item, null)) {
                // Successful CAS is the linearization point
                // for item to be removed from this queue.
                if (p != h) // hop two nodes at a time
                    updateHead(h, ((q = p.next) != null) ? q : p);
                return item;
            }
            else if ((q = p.next) == null) {
            	// 队列为空
                updateHead(h, p);
                return null;
            }
            else if (p == q)
            	// 当一个线程在poll的时候，另一个线程已经把当前的p从队列中删除——将p.next = p，p已经被移除不能继续，需要重新开始
                continue restartFromHead;
            else
                p = q;
        }
    }
}

final void updateHead(Node<E> h, Node<E> p) {
    if (h != p && casHead(h, p))
        h.lazySetNext(h);
}

为什么会出现p == q

假设下面这种情况：

在第一种情况下，线程A执行offer操作：

第一次循环的时候

1. tail = node0, p = t = node0
2. 执行 Node<E> q = p.next; 之后q = p.next，也就是node0.next
3. 执行 if (q == null)，不满足，继续往下
4. 到了 else if (p == q) 这一步的时候线程A暂停

线程A现在的结果是：

head = node0
tail = node0
t = node0
p = node0
q = node0.next

因为程序时多线程的，我们假设线程A暂定在了第4步，接下来看线程B，线程B执行poll操作：

第一次循环：

1. head = node0, p = h = node0;
2. 执行 E item = p.item;，item = null
3. if (item != null && p.casItem(item, null)) 不满足
4. 执行 else if ((q = p.next) == null)，q = node1，条件不满足
5. 执行 else if (p == q)，条件不满足
6. 执行 p = q;，p = node1

第二次循环：

1. head = node0, h = node0, p = node1;
2. 执行 E item = p.item;，item = node2
3. if (item != null && p.casItem(item, null))， item != null 满足,如果CAS操作成功
   1. p != h 成立，调用updateHead
   2. 执行 updateHead(h, ((q = p.next) != null) ? q : p); 之后，q = node2
   3. 在updateHead里面
      1. h != p 成立，如果CAS操作成功（将head设置为node2）
      2. 执行 h.lazySetNext(h);，这个时候 h = node0，这个方法执行完之后，node0.next = node0
4. 将item返回

这个时候队列就是图中第二种情况，线程A结果为：

head = node2
tail = node0
t = node0
p = node0
q = node0.next = node0

看到结果了吧，这个时候 p = q = node0 ！其实主要原因是在 updateHead方法的 h.lazySetNext(h) 操作里面，将旧的head.next设置成为了自己即 head.next = head。但是要注意：是旧的head

从上面分析的过程要注意：

1. 多线程执行环境，单线程下一定不会出现这种情况
2. 注意引用赋值比如 Node<E> q = p.next，q指向的是p.next，虽然目前 p.next = node1，但是当p.next指向变了之后，q也就跟着变了
3. 再就是阅读源码的时候一定要弄清楚调用的每个方法的作用，这样才能对整个方法有一个准确的理解，比如这里的 h.lazySetNext(h);

参考

http://www.jianshu.com/p/7816c1361439

Java并发编程的艺术