分析Java非阻塞算法Lock-Free的实现

我们先使用CAS来构建几个非阻塞的栈。栈是最简单的链式结构，其本质是一个链表，而链表的根节点就是栈顶。

我们先构建Node数据结构：

public class Node<E> { public final E item; public Node<E> next; public Node(E item){this.item=item; }}

这个Node保存了内存item和它的下一个节点next。

然后我们构建非阻塞的栈，在该栈中我们需要实现pop和push方法，我们使用一个Atomic类来保存top节点的引用，在pop和push之前调用compareAndSet命令来保证命令的原子性。同时，我们需要不断的循环，以保证在线程冲突的时候能够重试更新。

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; }}非阻塞的链表

构建链表要比构建栈复杂。因为我们要维持头尾两个指针。以put方法来说，我们需要执行两步操作：1. 在尾部插入新的节点。2.将尾部指针指向最新的节点。

我们使用CAS最多只能保证其中的一步是原子执行。那么对于1和2的组合步骤该怎么处理呢？

我们再仔细考虑考虑，其实1和2并不一定要在同一个线程中执行，其他线程在检测到有线程插入了节点，但是没有将tail指向最后的节点时，完全帮忙完成这个操作。

我们看下具体的代码实现：

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); }}

先构建一个LinkedNode类。

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) {//有其他的线程已经插入了一个节点，但是还没有将tail指向最新的节点tail.compareAndSet(currentTail, tailNext); }else{//没有其他的线程插入节点，那么做两件事情：1. 插入新节点，2.将tail指向最新的节点if(currentTail.next.compareAndSet(null, newNode)){ tail.compareAndSet(currentTail, newNode);} }} } }}

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