java多线程和并发面试题目（第4题，附答案）

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 < threadCount; x++) {<br/>            executorService.submit(new Offer());<br/>            executorService.submit(new Poll());<br/>        }<br/>        executorService.shutdown();<br/>    }<br/>}<br/>

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

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/>

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/>

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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