Java之集合(二十四)ConcurrentLinkedDeque

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1.前言

　　本章介绍并发队列ConcurrentLinkedDeque，这是一个非阻塞，无锁，无界，线程安全双端操作的队列。简单说就是ConcurrentLinkedQueue的升级版，在JDK7之后才提供。该队列也不允许空元素，而且size方法并不是常量时间，其需要遍历链表，此时并发修改链表会造成统计size不正确。同样，bulk操作和equal以及toArray方法不保证原子性。

2.ConcurrentLinkedDeque

2.1 实现原理

　　要明白ConcurrentLinkedDeque的实现原理，ConcurrentLinkedQueue的实现原理是基础。数据结构是对称双向链接的链表结构。通过两个方法最小化可见性写入的次数：1.通过单个CAS推进前面多个节点。2.混合对同一个内存位置可见和不可见的写入。

　　一个节点定义成包含前置节点pre、数据项item、后置节点next。当节点item!=null的时候视为节点还存活，当通过CAS设置item为null的时候，逻辑上该节点已经从集合中删除了。任何时候显然第一个节点的前置节点为null，其终结任何链表的从活着的结点开始的前置引用，最后一个节点同样的，其终结任何链表从活着的结点开始后面的引用。第一个节点和最后一个节点并不一定活着，而且总是能够相互到达。一个新元素原子添加是通过CAS设置前置引用或后置引用为null入队列。

　　活跃的结点定义为活着的结点和第一个或最后一个节点（不一定活着）。一个deque有两个节点引用：head和tail。头尾节点只是接近第一个或最后一个节点，第一个节点总是能够通过头结点的前置节点找到，最后一个节点类似。

　　删除节点有三个层次：

　　1.逻辑删除：CAS设置item为null，然后变成一个可以断开的结点

　　2.断开连接：删除一个非活跃节点，最终会被GC回收。断开的节点可能被迭代器无限制地访问。逻辑删除后节点还在链表上，通过第一个节点向后遍历或者通过最后一个节点向前遍历，并不保证结点已被逻辑删除，这样的结点仅能通过一个方向可达。

　　3.GC断开连接：使得断开连接更彻底，活跃的结点无法到达删除的结点。

　　当一个节点出队列，会断开所有非活跃节点的引用，自我链接是一个十分有效的方法。遍历的时候可以保证不会遍历到相同的元素，但是不保证能够看到后加入的元素。

2.2 数据结构

　　就是原理中所说的头尾节点和前后终止节点标志。Node的结构如下：

　　Node的基本方法如下：

　　casItem：CAS比较更新Item字段的值

　　lazySetNext：CAS设置next的值，不需要管原值

　　casNext：CAS比较更新next的值

　　lazySetPrev：CAS设置prev的值，不需要管原值

　　casPrev：CAS比较更新prev的值

2.3 基本操作

　　添加一个元素，都是通过LinkFirst或LinkLast完成的：

　　步骤如下描述：1.非空校验，创建节点。2.循环设置：头插入先找到当前头结点：1.判断是否被插队2个，是就重新找到头结点。2.判断当前头结点是否是前置终止符，是重新循环。3.p是头结点，设置新节点的next节点为p，再通过CAS设置p的前置节点，被插队失败就继续循环，成功时如果p不等于h意味着2个节点了，需要替换头结点。而后返回。这个步骤之前的队列中也介绍过类似的，并不是很难理解。唯一有疑问的就是PREV_TERMINATOR是什么时候设置的，在链表的构成时候并不存在该节点。注意，插入步骤并没有关心逻辑删除的结点，只关注了终止结点，即前终止结点的特点是其前置节点是其本身，后终止结点是后置节点是其本身。所以可能出现A-null-B的情况，当然从一端进另一端出是不会出现这种情况的，这是发生在一端入一端出。

　　取出一个元素：

　　过程很简单：先要找到第一个元素且不为null，取出该元素，该元素必须是活着的item不为null，并且本线程成功将其设置成null，才算数，断开这个节点。如果上面那边替换失败就意味着该节点已经被取出了，重新找其后继节点来处理。看似这个步骤没问题，但是仔细想想就会发现有些不对：一个队列中有AB元素，A元素出队列，1线程让A元素出队里失败被2线程抢先，找到A元素的后继节点是B，但是此刻又有3线程添加了C元素在B的前面，按照栈的后入先出的原则，C应该是要先出队列的，可是顺序却变成了B先出队列。所以这里要注意：push和pop作为堆栈使用，顺序可能会有问题（这个只是根据源码进行的推测，可能疏忽了什么导致推测有错，如果有错请在评论中留言）。这里要注意，由于整个队列可能出现A-null-B这种情况，实际上poll操作也不关心逻辑删除，遇到逻辑删除就跳过找下一个就好了，因为本身就可能是其它线程先取走了。整个顺序是不会改变的，把队列中出现的item为null的结点当做没看见就可以了，整个移除处理就是在unlink方法。

　　unlink方法有些长，这里直接说下其作用：如果取出节点是头结点，就移除其后面所有连续的逻辑删除节点（如A-null-null-B，unlinkA节点会定位到B最后丢弃中间的变成null-B，更新头尾和前置的终结标志，还有其它可能不再描述），如果取出的结点是尾结点，操作和头结点类似。如果是中间就找到前后非null的结点，都跳过，最后设置前后终结标志。

　　大体的实现过程就是这样，其它方法不描述。使用也就像一般的队列一样使用就可以了。