java多线程和并发面试题目(第4题,附答案)

小明吖_7545

小明吖_7545

2019-11-26

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原创

4、ConcurrentLinkedQueue非阻塞无界链表队列

ConcurrentLinkedQueue是一个线程安全的队列,基于链表结构实现,是一个无界队列,理论上来说队列的长度可以无限扩大。

与其他队列相同,ConcurrentLinkedQueue也采用的是先进先出(FIFO)入队规则,对元素进行排序。   (推荐学习:java面试题目)

当我们向队列中添加元素时,新插入的元素会插入到队列的尾部;而当我们获取一个元素时,它会从队列的头部中取出。

因为ConcurrentLinkedQueue是链表结构,所以当入队时,插入的元素依次向后延伸,形成链表;而出队时,则从链表的第一个元素开始获取,依次递增;

值得注意的是,在使用ConcurrentLinkedQueue时,如果涉及到队列是否为空的判断,切记不可使用size()==0的做法,因为在size()方法中,是通过遍历整个链表来实现的,在队列元素很多的时候,size()方法十分消耗性能和时间,只是单纯的判断队列为空使用isEmpty()即可。

public class ConcurrentLinkedQueueTest {<br>    public static int threadCount = 10;<br>    public static ConcurrentLinkedQueue<string> queue = new ConcurrentLinkedQueue<string>();<br>    static class Offer implements Runnable {<br>        public void run() {<br>            //不建议使用 queue.size()==0,影响效率。可以使用!queue.isEmpty()<br>            if (queue.size() == 0) {<br>                String ele = new Random().nextInt(Integer.MAX_VALUE) + "";<br>                queue.offer(ele);<br>                System.out.println("入队元素为" + ele);<br>            }<br>        }<br>    }<br>    static class Poll implements Runnable {<br>        public void run() {<br>            if (!queue.isEmpty()) {<br>                String ele = queue.poll();<br>                System.out.println("出队元素为" + ele);<br>            }<br>        }<br>    }<br>    public static void main(String[] agrs) {<br>        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(4);<br>        for (int x = 0; x             executorService.submit(new Offer());<br>            executorService.submit(new Poll());<br>        }<br>        executorService.shutdown();<br>    }<br>}<br></string></string>

一种输出:

入队元素为313732926<br>出队元素为313732926<br>入队元素为812655435<br>出队元素为812655435<br>入队元素为1893079357<br>出队元素为1893079357<br>入队元素为1137820958<br>出队元素为1137820958<br>入队元素为1965962048<br>出队元素为1965962048<br>出队元素为685567162<br>入队元素为685567162<br>出队元素为1441081163<br>入队元素为1441081163<br>出队元素为1627184732<br>入队元素为1627184732<br>

ConcurrentLinkedQuere类图

Java 开发专家
Java 开发专家

精通 Java 21+,掌握虚拟线程、模式匹配和 Spring Boot 3.x 等现代特性。是 Java 生态系统(包括 GraalVM、Project Lo

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java-63.png

如图ConcurrentLinkedQueue中有两个volatile类型的Node节点分别用来存在列表的首尾节点,其中head节点存放链表第一个item为null的节点,tail则并不是总指向最后一个节点。

Node节点内部则维护一个变量item用来存放节点的值,next用来存放下一个节点,从而链接为一个单向无界列表。

public ConcurrentLinkedQueue(){<br>    head=tail=new Node<e>(null);<br>}<br></e>

如上代码初始化时候会构建一个 item 为 NULL 的空节点作为链表的首尾节点。

Offer 操作offer 操作是在链表末尾添加一个元素,

下面看看实现原理。

public boolean offer(E e) {<br>    //e 为 null 则抛出空指针异常<br>    checkNotNull(e);<br>    //构造 Node 节点构造函数内部调用 unsafe.putObject,后面统一讲<br>    final Node<e> newNode = new Node<e>(e);<br>    //从尾节点插入<br>    for (Node<e> t = tail, p = t; ; ) {<br>        Node<e> q = p.next;<br>        //如果 q=null 说明 p 是尾节点则插入<br>        if (q == null) {<br>            //cas 插入(1)<br>            if (p.casNext(null, newNode)) {<br>                //cas 成功说明新增节点已经被放入链表,然后设置当前尾节点(包含 head,1,3,5.。。个节点为尾节点)<br>                if (p != t)// hop two nodes at a time<br>                    casTail(t, newNode); // Failure is OK. return true;<br>            }<br>            // Lost CAS race to another thread; re-read next<br>        } else if (p == q)//(2)<br>            //多线程操作时候,由于 poll 时候会把老的 head 变为自引用,然后 head 的 next 变为新 head,所以这里需要<br>            //重新找新的 head,因为新的 head 后面的节点才是激活的节点<br>            p = (t != (t = tail)) ? t : head;<br>        else<br>            // 寻找尾节点(3)<br>            p = (p != t && t != (t = tail)) ? t : q;<br>    }<br>}<br></e></e></e></e>

从构造函数知道一开始有个item为null的哨兵节点,并且head和tail都是指向这个节点。

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