ConcurrentLinkedQueue:分析基于 Michael-Scott 非阻塞算法的高性能单向无界并发队列

云墨大大_4643

云墨大大_4643

2026-05-04

228人浏览

原创

concurrentlinkedqueue的“无锁”指不使用传统锁,而依赖cas原子操作与volatile可见性实现线程安全;其核心是傀儡头尾节点与volatile链式结构,通过两次cas完成offer,重试机制保障head/tail推进,poll返回null但size>0属正常设计。

concurrentlinkedqueue:分析基于 michael-scott 非阻塞算法的高性能单向无界并发队列

ConcurrentLinkedQueue 是 Java 并发包(JUC)中典型的无锁高性能队列,其核心在于 Michael-Scott(MS)非阻塞算法的工程化实现。它不依赖锁,全程通过 CAS 操作协调多线程对链表的修改,从而在高争用场景下保持低延迟与高吞吐。

head 和 tail 为何不直接指向真实首尾元素?

head 始终指向一个 哑节点(dummy node),即 item == null 的哨兵节点;tail 则可能滞后——有时指向最后一个真实节点,有时指向倒数第二个,甚至可能和 head 重合。这不是设计缺陷,而是 MS 算法的关键安全机制:

  • 出队(poll)时,先用 CAS 尝试将 head 从哑节点推进到下一个节点,再提取该节点的 item;若失败,说明其他线程已推进过,只需重读 head 继续操作
  • 入队(offer)时,通过定位“真正尾部”(q == null 的节点)插入新节点,再尝试更新 tail;tail 的惰性更新(relaxed update)减少了 CAS 冲突,也避免了为同步 tail 而引入额外协助逻辑
  • 这种结构让 offer/poll 都能在无锁前提下完成“读–改–写”循环,且无需全局状态校验

如何天然规避 ABA 问题?

ABA 在无锁编程中常导致误判:某线程看到地址 A → 其他线程将 A 改为 B 再改回 A → 原线程 CAS 成功但语义错误。ConcurrentLinkedQueue 的解法简洁而有效:

  • 所有 Node 实例均为一次性使用:一旦被 poll 出队,节点不再复用、不 reset、不回收进对象池
  • CAS 比较的是对象引用(内存地址),而非 item 值;即使两个节点 item 相同,只要地址不同,CAS 就不会成功
  • 无需引入版本号、epoch 或 Hazard Pointer 等复杂机制,既轻量又可靠

offer 为什么比 poll 更快?

二者虽都基于 CAS,但执行路径与竞争强度差异明显:

  • offer 大多数情况下仅需一次 CAS:设置 tail.next,再尝试更新 tail(后者失败可忽略)
  • poll 至少涉及两次 CAS:先推进 head(head = head.next),再清空原 head.next.item(防止内存泄漏和 GC 压力)
  • 当队列只剩一个真实节点时(head == tail),poll 还需额外校验并重置 tail,进一步增加失败重试概率
  • 实测表明,在多消费者高争用场景下,poll 的 CAS 失败率显著高于 offer,性能差距可拉大至 2–3 倍

适用与不适用的典型场景

它不是万能队列,优势明确,边界也清晰:

  • 适合:单生产者多消费者、任务调度中枢、秒杀系统中的请求缓冲、日志异步刷盘等强调吞吐与低延迟的场景
  • 不适合:需要容量控制(它无界)、需阻塞等待(如 take() 会挂起)、要求强一致性(迭代器只反映创建瞬间的快照)、或存在频繁复用节点需求(如自定义对象池)
  • 替代建议:要阻塞选 LinkedBlockingQueue,要容量限制选 ArrayBlockingQueue,要双端操作选 ConcurrentLinkedDeque
数码产品性能查询
数码产品性能查询

该软件包括了市面上所有手机CPU,手机跑分情况,电脑CPU,电脑产品信息等等,方便需要大家查阅数码产品最新情况,了解产品特性,能够进行对比选择最具性价比的商品。

下载

相关标签:

本站声明:本文内容由网友自发贡献,版权归原作者所有,本站不承担相应法律责任。如您发现有涉嫌抄袭侵权的内容,请联系admin@php.cn

相关专题

更多
C语言变量命名
C语言变量命名

c语言变量名规则是:1、变量名以英文字母开头;2、变量名中的字母是区分大小写的;3、变量名不能是关键字;4、变量名中不能包含空格、标点符号和类型说明符。php中文网还提供c语言变量的相关下载、相关课程等内容,供大家免费下载使用。

2023.06.20

2889

3

c语言入门自学零基础
c语言入门自学零基础

C语言是当代人学习及生活中的必备基础知识,应用十分广泛,本专题为大家c语言入门自学零基础的相关文章,以及相关课程,感兴趣的朋友千万不要错过了。

2023.07.25

2208

9

c语言运算符的优先级顺序
c语言运算符的优先级顺序

c语言运算符的优先级顺序是括号运算符 > 一元运算符 > 算术运算符 > 移位运算符 > 关系运算符 > 位运算符 > 逻辑运算符 > 赋值运算符 > 逗号运算符。本专题为大家提供c语言运算符相关的各种文章、以及下载和课程。

2023.08.02

1180

5

c语言数据结构
c语言数据结构

数据结构是指将数据按照一定的方式组织和存储的方法。它是计算机科学中的重要概念,用来描述和解决实际问题中的数据组织和处理问题。数据结构可以分为线性结构和非线性结构。线性结构包括数组、链表、堆栈和队列等,而非线性结构包括树和图等。php中文网给大家带来了相关的教程以及文章,欢迎大家前来学习阅读。

2023.08.09

1118

4

c语言random函数用法
c语言random函数用法

c语言random函数用法:1、random.random,随机生成(0,1)之间的浮点数;2、random.randint,随机生成在范围之内的整数,两个参数分别表示上限和下限;3、random.randrange,在指定范围内,按指定基数递增的集合中获得一个随机数;4、random.choice,从序列中随机抽选一个数;5、random.shuffle,随机排序。

2023.09.05

1316

5

c语言const用法
c语言const用法

const是关键字,可以用于声明常量、函数参数中的const修饰符、const修饰函数返回值、const修饰指针。详细介绍:1、声明常量,const关键字可用于声明常量,常量的值在程序运行期间不可修改,常量可以是基本数据类型,如整数、浮点数、字符等,也可是自定义的数据类型;2、函数参数中的const修饰符,const关键字可用于函数的参数中,表示该参数在函数内部不可修改等等。

2023.09.20

2038

7

c语言get函数的用法
c语言get函数的用法

get函数是一个用于从输入流中获取字符的函数。可以从键盘、文件或其他输入设备中读取字符,并将其存储在指定的变量中。本文介绍了get函数的用法以及一些相关的注意事项。希望这篇文章能够帮助你更好地理解和使用get函数 。

2023.09.20

3200

8

c数组初始化的方法
c数组初始化的方法

c语言数组初始化的方法有直接赋值法、不完全初始化法、省略数组长度法和二维数组初始化法。详细介绍:1、直接赋值法,这种方法可以直接将数组的值进行初始化;2、不完全初始化法,。这种方法可以在一定程度上节省内存空间;3、省略数组长度法,这种方法可以让编译器自动计算数组的长度;4、二维数组初始化法等等。

2023.09.22

14215

6

c语言中null和NULL的区别
c语言中null和NULL的区别

c语言中null和NULL的区别是:null是C语言中的一个宏定义,通常用来表示一个空指针,可以用于初始化指针变量,或者在条件语句中判断指针是否为空;NULL是C语言中的一个预定义常量,通常用来表示一个空值,用于表示一个空的指针、空的指针数组或者空的结构体指针。

2023.09.22

529

3

热门下载

更多
网站特效
/
网站源码
/
网站素材
/
前端模板

精品课程

更多
热门推荐
/
最新课程
phpStudy极速入门视频教程
phpStudy极速入门视频教程

共6课时 | 54.6万人学习

独孤九贱(4)_PHP视频教程
独孤九贱(4)_PHP视频教程

共89课时 | 133.4万人学习