分析Java非阻塞算法Lock-Free的實(shí)現(xiàn)

更新時(shí)間：2021年06月01日 13:02:38 作者：flydean

非阻塞算法一般會(huì)使用CAS來(lái)協(xié)調(diào)線(xiàn)程的操作。雖然非阻塞算法有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是在實(shí)現(xiàn)上要比基于鎖的算法更加繁瑣和負(fù)責(zé)。本文將會(huì)介紹兩個(gè)是用非阻塞算法實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

非阻塞的棧

我們先使用CAS來(lái)構(gòu)建幾個(gè)非阻塞的棧。棧是最簡(jiǎn)單的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，其本質(zhì)是一個(gè)鏈表，而鏈表的根節(jié)點(diǎn)就是棧頂。

我們先構(gòu)建Node數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

public class Node<E> {
    public final E item;
    public Node<E> next;

    public Node(E item){
        this.item=item;
    }
}

這個(gè)Node保存了內(nèi)存item和它的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)next。

然后我們構(gòu)建非阻塞的棧，在該棧中我們需要實(shí)現(xiàn)pop和push方法，我們使用一個(gè)Atomic類(lèi)來(lái)保存top節(jié)點(diǎn)的引用，在pop和push之前調(diào)用compareAndSet命令來(lái)保證命令的原子性。同時(shí)，我們需要不斷的循環(huán)，以保證在線(xiàn)程沖突的時(shí)候能夠重試更新。

public class ConcurrentStack<E> {

    AtomicReference<Node<E>> top= new AtomicReference<>();

    public void push(E item){
        Node<E> newNode= new Node<>(item);
        Node<E> oldNode;
        do{
            oldNode=top.get();
            newNode.next= oldNode;
        }while(!top.compareAndSet(oldNode, newNode));
    }

    public E pop(){
        Node<E> oldNode;
        Node<E> newNode;
        do {
            oldNode = top.get();
            if(oldNode == null){
                return null;
            }
            newNode=oldNode.next;
        }while(!top.compareAndSet(oldNode, newNode));
        return oldNode.item;
    }

}

非阻塞的鏈表

構(gòu)建鏈表要比構(gòu)建棧復(fù)雜。因?yàn)槲覀円S持頭尾兩個(gè)指針。以put方法來(lái)說(shuō)，我們需要執(zhí)行兩步操作：1. 在尾部插入新的節(jié)點(diǎn)。2.將尾部指針指向最新的節(jié)點(diǎn)。

我們使用CAS最多只能保證其中的一步是原子執(zhí)行。那么對(duì)于1和2的組合步驟該怎么處理呢？

我們?cè)僮屑?xì)考慮考慮，其實(shí)1和2并不一定要在同一個(gè)線(xiàn)程中執(zhí)行，其他線(xiàn)程在檢測(cè)到有線(xiàn)程插入了節(jié)點(diǎn)，但是沒(méi)有將tail指向最后的節(jié)點(diǎn)時(shí)，完全幫忙完成這個(gè)操作。

我們看下具體的代碼實(shí)現(xiàn)：

public class LinkedNode<E> {
    public final E item;
    public final AtomicReference<LinkedNode<E>> next;

    public LinkedNode(E item, LinkedNode<E> next){
        this.item=item;
        this.next=new AtomicReference<>(next);
    }
}

先構(gòu)建一個(gè)LinkedNode類(lèi)。

public class LinkedQueue<E> {
    private final LinkedNode<E> nullNode= new LinkedNode<>(null, null);
    private final AtomicReference<LinkedNode<E>> head= new AtomicReference<>(nullNode);
    private final AtomicReference<LinkedNode<E>> tail= new AtomicReference<>(nullNode);

    public boolean put(E item){
    LinkedNode<E> newNode = new LinkedNode<>(item, null);
    while (true){
        LinkedNode<E> currentTail= tail.get();
        LinkedNode<E> tailNext= currentTail.next.get();
        if(currentTail == tail.get()){
            if (tailNext != null) {
                //有其他的線(xiàn)程已經(jīng)插入了一個(gè)節(jié)點(diǎn)，但是還沒(méi)有將tail指向最新的節(jié)點(diǎn)
                tail.compareAndSet(currentTail, tailNext);
            }else{
                //沒(méi)有其他的線(xiàn)程插入節(jié)點(diǎn)，那么做兩件事情：1. 插入新節(jié)點(diǎn)，2.將tail指向最新的節(jié)點(diǎn)
                if(currentTail.next.compareAndSet(null, newNode)){
                    tail.compareAndSet(currentTail, newNode);
                }
            }
        }
    }
    }
}

以上就是分析Java非阻塞算法Lock-Free的實(shí)現(xiàn)的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Java非阻塞算法Lock-Free的實(shí)現(xiàn)的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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