Java 中的 ConcurrentLinkedQueue 详解

概述

ConcurrentLinkedQueue 是 Java 并发包（java.util.concurrent）中提供的无界非阻塞线程安全队列，基于单向链表实现，采用 CAS（Compare-and-Swap） 操作和 无锁算法 保证并发安全。其核心设计目标是高吞吐量和低延迟，适用于高并发场景下的生产者 - 消费者模型。

关键特性

1. 无界性：理论上容量无限，但受内存限制。
2. 非阻塞：操作永不阻塞线程，失败立即返回（如 poll() 在队列为空时返回 null）。
3. 无锁设计：通过 CAS 和自旋机制实现线程安全，避免传统锁的开销。
4. FIFO 顺序：严格遵循先进先出原则。
5. 弱一致性迭代器：遍历时可能看到部分更新，但不会抛出 ConcurrentModificationException。

内部数据结构

节点类 Node

private static class Node<E> {
    volatile E item;      // 存储元素
    volatile Node<E> next; // 指向下一个节点
    
    // CAS 操作方法
    boolean casItem(E cmp, E val) { ... }
    boolean casNext(Node<E> cmp, Node<E> val) { ... }
}

• volatile 修饰：保证多线程可见性。
• CAS 操作：通过 Unsafe 类实现原子性更新。

队列指针

• head：指向队列头部（可能滞后于实际头节点）。
• tail：指向队列尾部（可能滞后于实际尾节点）。
• 哨兵节点：初始化时 head 和 tail 均指向一个 item=null 的哨兵节点。

核心方法与实现原理

入队操作（offer/add）

public boolean offer(E e) {
    checkNotNull(e);
    Node<E> newNode =  <>(e);
     (Node<E> t = tail, p = t;;) {
        Node<E> q = p.next;
         (q == ) {
             (p.casNext(, newNode)) {
                 (p != t) casTail(t, newNode);
                 ;
            }
        }   (p == q) {
            p = (t != (t = tail)) ? t : head;
        }  {
            p = (p != t && t != (t = tail)) ? t : q;
        }
    }
}