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

一种输出：

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

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(){
    head=tail=new Node(null);
}

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) {
    //e 为 null 则抛出空指针异常
    checkNotNull(e);
    //构造 Node 节点构造函数内部调用 unsafe.putObject，后面统一讲
    final Node newNode = new Node(e);
    //从尾节点插入
    for (Node t = tail, p = t; ; ) {
        Node q = p.next;
        //如果 q=null 说明 p 是尾节点则插入
        if (q == null) {
            //cas 插入（1）
            if (p.casNext(null, newNode)) {
                //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）
                if (p != t)// hop two nodes at a time
                    casTail(t, newNode); // Failure is OK. return true;
            }
            // Lost CAS race to another thread; re-read next
        } else if (p == q)//(2)
            //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
            //重新找新的 head，因为新的 head 后面的节点才是激活的节点
            p = (t != (t = tail)) ? t : head;
        else
            // 寻找尾节点(3)
            p = (p != t && t != (t = tail)) ? t : q;
    }
}

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。