面试题答案
一键面试性能优势
- 线程安全:
ConcurrentLinkedQueue
是线程安全的,在多线程环境下无需额外的同步机制即可安全使用。而普通LinkedList
是非线程安全的,在多线程并发访问时,需要手动添加同步代码(如synchronized
块),这会带来额外的性能开销,因为同步机制会导致线程竞争,降低并发度。
- 高并发性能:
ConcurrentLinkedQueue
采用无锁(lock - free)算法实现。无锁算法允许不同线程同时访问队列的不同部分,减少了线程之间的竞争,从而在高并发场景下具有更好的性能。相比之下,普通LinkedList
使用同步机制时,同一时间只能有一个线程访问链表,这在高并发时会成为性能瓶颈。
- 低延迟:
- 由于
ConcurrentLinkedQueue
的无锁特性,线程在进行入队和出队操作时不需要等待锁的释放,减少了线程等待时间,因此具有更低的延迟。特别是在处理大量短期任务的并发场景中,低延迟的优势更为明显。
- 由于
实现原理
- 数据结构:
ConcurrentLinkedQueue
基于链表结构实现,链表节点使用Node
类表示。每个Node
包含一个元素和指向下一个节点的引用。
private static class Node<E> { volatile E item; volatile Node<E> next; // 构造函数等其他方法 }
- 使用
volatile
关键字修饰item
和next
字段,保证了多线程环境下数据的可见性。
- 入队操作(offer方法):
- 入队操作通过创建新的
Node
节点,并将其链接到队列尾部。它使用CAS
(Compare - and - Swap)操作来更新队列的尾节点引用。 - 首先,获取尾节点
tail
,尝试将新节点设置为尾节点的下一个节点。如果成功,则更新tail
为新节点(不一定每次都更新成功,这是为了减少竞争)。如果失败,说明在尝试过程中尾节点被其他线程修改了,重新获取尾节点并再次尝试,直到成功为止。
public boolean offer(E e) { checkNotNull(e); final Node<E> newNode = new Node<E>(e); for (Node<E> t = tail, p = t;;) { Node<E> q = p.next; if (q == null) { if (p.casNext(null, newNode)) { if (p != t) casTail(t, newNode); return true; } } else if (p == q) p = (t != (t = tail))? t : head; else p = q; } }
- 入队操作通过创建新的
- 出队操作(poll方法):
- 出队操作通过更新头节点引用,移除队列头部的节点。同样使用
CAS
操作来保证操作的原子性。 - 首先获取头节点
head
,如果头节点为空则返回null
。否则,获取头节点的下一个节点,尝试使用CAS
将头节点的item
设为null
并将头节点更新为下一个节点。如果CAS
操作成功,说明出队成功,返回头节点的元素;如果失败,说明在尝试过程中有其他线程修改了头节点,重新获取头节点并再次尝试,直到成功为止。
public E poll() { restartFromHead: for (;;) { for (Node<E> h = head, p = h, q;;) { E item = p.item; if (item != null && p.casItem(item, null)) { if (p != h) updateHead(h, ((q = p.next) != null)? q : p); return item; } else if ((q = p.next) == null) { updateHead(h, p); return null; } else if (p == q) continue restartFromHead; else p = q; } } }
- 这种基于
CAS
的操作方式避免了使用锁带来的线程阻塞和唤醒开销,从而实现了高效的并发操作。
- 出队操作通过更新头节点引用,移除队列头部的节点。同样使用