java多執行緒與並發面試題目（第4題，附答案）

4、ConcurrentLinkedQueue非阻塞無界鍊錶隊列

ConcurrentLinkedQueue是一個線程安全的隊列，基於鍊錶結構實現，是一個無界隊列，理論上來說隊列的長度可以無限擴大。

與其他佇列相同，ConcurrentLinkedQueue也採用的是先進先出（FIFO）入隊規則，對元素進行排序。 （推薦學習：java面試題目）

當我們在佇列中新增元素時，新插入的元素會插入到佇列的尾部；而當我們取得一個元素時，它會從隊列的頭部中取出。

因為ConcurrentLinkedQueue是鍊錶結構，所以當入隊時，插入的元素依次向後延伸，形成鍊錶；而出隊時，則從鍊錶的第一個元素開始獲取，依次遞增；

值得注意的是，在使用ConcurrentLinkedQueue時，如果涉及隊列是否為空的判斷，切記不可使用size()==0的做法，因為在size()方法中，是透過遍歷整個鍊錶來實現的，在佇列元素很多的時候，size()方法十分消耗效能和時間，只是單純的判斷佇列為空使用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/>

一種輸出：

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類別圖

如圖ConcurrentLinkedQueue中有兩個volatile類型的Node節點分別用來存在列表的首尾節點，其中head節點存放鍊錶第一個item為null的節點，tail則不是總指向最後一個節點。

Node節點內部則維護一個變數item用來存放節點的值，next用來存放下一個節點，從而連結為單向無界列表。

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

如上程式碼初始化時候會建構一個 item 為 NULL 的空節點作為鍊錶的首尾節點。

Offer 操作offer 操作是在鍊錶末端新增一個元素，

下面看看實作原理。

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/>

從建構子知道一開始有item為null的哨兵節點，而且head和tail都是指向這個節點。

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