ConcurrentLinkedQueue 介绍

Stella981
• 阅读 644

在多线程编程环境下并发安全队列是不可或缺的一个重要工具类,为了实现并发安全可以有两种方式:一种是阻塞式的,例如:LinkedBlockingQueue;另一种即是我们将要探讨的非阻塞式,例如:ConcurrentLinkedQueue。相比较于阻塞式,非阻塞的最显著的优点就是性能,非阻塞式算法使用CAS来原子性的更新数据,避免了加锁的时间,同时也保证了数据的一致性。

简单介绍

ConcurrentLinkedQueue是一个基于链接节点的无界无锁线程安全队列,它采用先进先出的规则对节点进行排序,当我们添加一个元素的时候,它会添加到队列的尾部,当我们获取一个元素时,它会返回队列头部的元素。它采用了“wait-free”算法来实现,该算法在Michael & Scott算法上进行了一些修改。

ConcurrentLinkedQueue中的方法不多,其中最主要的两个方法是:offer(E)和poll(),分别实现队列的两个重要的操作:入队和出队。

方法

含义

offer(E)

插入一个元素到队列尾部

poll()

从队列头部取出一个元素

add(E)

同offer(E)

peek()

获取头部元素,但不删除

isEmpty()

判断队列是否为空

size()

获取队列长度(元素个数)

contains(Object)

判断队列是否包含指定元素

remove(Object)

删除队列中指定元素

toArray(T[])

将队列的元素复制到一个数组

iterator()

返回一个可遍历该队列的迭代器

为什么针对ConcurrentLinkedQueue的整个入队/出队/删除都是不需要锁的。

  1. 如果多个线程同时访问其中任一个方法(offer/poll/remove)都是无需加锁而且线程安全的
  2. 由于remove方法不修改ConcurrentLinkedQueue的结构,所以跟其他两个方法都不会有冲突
  3. 如果同时两个线程,一个入队,一个出队,在队列不为NULL的情况下是不会有任何问题的,因为一个操作tail,一个操作head,完全不相关。但是如果队列为NULL时还是会发生冲突的,因为tail==head。
  4. 如果出队线程发现tail的next不为NULL,那么就会感知到当前有一个线程在执行入队操作,所以出队线程就会帮助入队线程完成入队操作,而且每个操作都是通过CAS保证原子性更新,所以就算同时两个线程,一个入队,一个出队也不会发生冲突。

综上,ConcurrentLinkedQueue最终实现了无锁队列。

使用场景

ConcurrentLinkedQueue适合在对性能要求相对较高,同时对队列的读写存在多个线程同时进行的场景,即如果对队列加锁的成本较高则适合使用无锁的ConcurrentLinkedQueue来替代。下面我们来简单对比下ConcurrentLinkedQueue与我们常用的阻塞队列LinkedBlockingQueue的性能。

表1:入队性能对比

线程数

ConcurrentLinkedQueue耗时(ms)

LinkedBlockingQueue耗时(ms)

5

22

29

10

50

59

20

99

112

30

139

171

测试数据:N个线程,每个线程入队10000个元素。

点赞
收藏
评论区
推荐文章
blmius blmius
3年前
MySQL:[Err] 1292 - Incorrect datetime value: ‘0000-00-00 00:00:00‘ for column ‘CREATE_TIME‘ at row 1
文章目录问题用navicat导入数据时,报错:原因这是因为当前的MySQL不支持datetime为0的情况。解决修改sql\mode:sql\mode:SQLMode定义了MySQL应支持的SQL语法、数据校验等,这样可以更容易地在不同的环境中使用MySQL。全局s
待兔 待兔
3个月前
手写Java HashMap源码
HashMap的使用教程HashMap的使用教程HashMap的使用教程HashMap的使用教程HashMap的使用教程22
Wesley13 Wesley13
3年前
java多线程——CAS
关于无锁队列,网上有很多介绍了,我做一个梳理,从它是什么再到它有哪些特性以及应用做一个总结,方便自己使用和记录。本文主要内容:非阻塞同步是什么cas是什么特性ABA问题无阻塞队列1非阻塞同步互斥同步属于一种悲观的并发策略,总认为只要不去做正确的同步措施,肯定会出问题,无论共享数据是否真的会出现竞争,它都要进行加锁。而基
Wesley13 Wesley13
3年前
IO模型(BIO,NIO,AIO)及其区别
BIO:同步阻塞IONIO:同步非阻塞IOAIO:异步非阻塞IO先弄清楚同步、异步,阻塞、非阻塞概念。io操作分为两部分,发起io请求,和io数据读写。阻塞、非阻塞主要是针对线程发起io请求后,是否立即返回来定义的,立即返回称为非阻塞io,否则称为阻塞io。同步、异步主要针对io数据读写来定义的,读写数据过程中不阻塞线程称为异步io
Easter79 Easter79
3年前
Twitter的分布式自增ID算法snowflake (Java版)
概述分布式系统中,有一些需要使用全局唯一ID的场景,这种时候为了防止ID冲突可以使用36位的UUID,但是UUID有一些缺点,首先他相对比较长,另外UUID一般是无序的。有些时候我们希望能使用一种简单一些的ID,并且希望ID能够按照时间有序生成。而twitter的snowflake解决了这种需求,最初Twitter把存储系统从MySQL迁移
Wesley13 Wesley13
3年前
NIO高并发基础
NIO高并发是jdk1.4出现的新的流.NIONewIO同步式非阻塞式IOBIOBlockingIO同步式阻塞式IOUDP/TCPAIOAsynchronousIO异步式非阻塞IOjdk1.8BIO的缺点1.会产生阻塞行为receive/accept/connect/r
Wesley13 Wesley13
3年前
Java多线程之线程安全队列Queue
在Java多线程应用中,队列的使用率很高,多数生产消费模型的首选数据结构就是队列。Java提供的线程安全的Queue可以分为阻塞队列和非阻塞队列,其中阻塞队列的典型例子是BlockingQueue,非阻塞队列的典型例子是ConcurrentLinkedQueue,在实际应用中要根据实际需要选用阻塞队列或者非阻塞队列。注:什么叫线程安全?这个首先要明确。
Wesley13 Wesley13
3年前
NIO
1、简介1.1Java中的IO介绍1.BIO:BlockingIO,同步式阻塞式IO,即传统的IO,是java中最早期的流2.NIO:NonBlockingIO,又称NewIO,同步式非阻塞IO,是JDK1.4提供的流3.AIO:AsynchronousIO,异步是非阻塞IO,可以认为是NIO的二代版
Wesley13 Wesley13
3年前
NIO 非阻塞IO
NIO与IO的区别NIO特点:非阻塞,面向缓冲区IO特点:阻塞式,面向流阻塞与非阻塞javaio是阻塞式的,当一个线程调用read或者write方法后开始阻塞,直到读取到数据或者写入数据完成,该线程一直处于阻塞状态不能做其他事情。javanio通过选择器实现非阻塞式IO,通过一个专门的选
Wesley13 Wesley13
3年前
NIO
一、什么是阻塞和非阻塞?传统的IO流都是阻塞式的。也就是说,当一个线程调用read()或write()时,该线程被阻塞,直到有一些数据被读取或写入,该线程在此期间不能执行其他任务。因此,在完成网络通信进行IO操作时,由于线程会阻塞,所以服务器端必须为每个客户端都提供一个独立的线程进行处理,当服务器端