前言
上節我們介紹了線程安全的HashMap，今天我們再來介紹一個線程安全的併發容器：ConcurrentLinkedQueue，它是一個線程安全的隊列，在Java中如果要實現一個線程安全的隊列由2種方式：一個是使用阻塞算法的隊列，用一個鎖（入隊和出隊列共享同一把鎖）或者兩個鎖（入隊和出隊各持一把鎖）來實現，另一個是使用非阻塞的CAS方式來實現，今天我們我們就來一起看看如何使用非阻塞方式實現ConcurrentLinkedQueue，OK，讓我們揚帆起航，開始今天的併發之旅吧。
什麼是ConcurrentLinkedQueue？
ConcurrentLinkedQueue是一個適用於高併發場景的隊列，通過無鎖的方式，實現了高併發下狀態下的高性能，性能一般要比BlockingQueue（阻塞隊列）性能好，它是一個基於鏈表節點的無界限安全隊列（不允許Null元素存在，有null存在則鏈表就會斷了）。該隊列的元素遵循先進先出（FIFO）原則，頭是最先加入的，尾是最近加入的，單向管道一頭進另一頭出，它採用了無等待算法來實現（CAS）。
ConcurrentLinkedQueue的結構（tair應該爲tail，圖是網上引的所以特意說明下）
初始化時head爲空，tair=head，我們可以從源碼看出這點：
private transient volatile Node<E> tail;
public ConcurrentLinkedQueue() {
head = tail = new Node<E>(null);
}
ConcurrentLinkedQueue主要方法：
入隊列
入隊列的過程：入隊列就是將入隊列的節點添加到隊列的尾部的過程，例如我們添加向一個空隊列，我們來看下，節點的插入過程，如下圖所示：
從上面的示例我們可以看出，tail不一定是隊列的尾節點，再元素入隊列的時候，會先判斷當前tail節點的next節點是否爲空，如果爲空，則將新增元素節點設置爲tail的next節點，tail保持不變，如果不爲空，則將新增節點設置爲tail，當前tail的next則爲空。
多線程環境下，情況比上面要更復雜，例如一個線程正在入隊，那麼它必須先獲取尾節點，然後設置尾節點的下一個節點爲入隊節點，但這時可能有另外一個線程插隊了，先完成了入隊，那麼隊列的尾節點就會發生變化，此時當前線程就必須暫停入隊操作，然後重新獲取尾節點，再進行入隊，下面我們來看下源碼實現：
public boolean offer(E e) {
// 檢查入隊節點是否爲空，爲空則拋出異常（進入checkNotNull方法可查閱）
checkNotNull(e);
// 入隊前，創建一個入隊節點newNode
final Node<E> newNode = new Node<E>(e);
// 死循環，入隊不成功反覆入隊 p用來表示隊列的尾節點，默認情況下等於tail節點，t是一個指向tail的引用
for (Node<E> t = tail, p = t;;) {
// 獲得p節點的下一個節點q
Node<E> q = p.next;
// 如果q爲空，，說明p爲尾節點，則將新增節點newNode設置爲tail的next節點
if (q == null) {
// 將新節點以CAS方式加到隊列末尾
if (p.casNext(null, newNode)) {
// 如果p和tail引用p不同，說明引用t指向的節點不是最新尾節點，讓t指向最新的節點
if (p != t)
// 更新tail節點引用
casTail(t, newNode);
return true;
}
}
// 說明p節點和其尾節點都是null,這表明這個隊列剛剛初始化，因此返回head節點
else if (p == q)
p = (t != (t = tail)) ? t : head;
// 否則說明p不爲空，將新增的尾節點節點設置爲tail節點
else
p = (p != t && t != (t = tail)) ? t : q;
}
}
入隊還有一個方法：add，我們再來看下add方法，其本質還是offer，如下：
public boolean add(E e) {
return offer(e);
}
小結：從源碼我們得出入隊列主要做2件事：定位出尾節點和使用CAS算法能將入隊節點設置成尾節點的next節點，如不成功則重試。此外我們從源碼能看出來offer方法總是返回true，所以我們不能感覺返回值來判斷是否真正入隊列成功，如果要判斷，可以入隊列之前和完成之後分別獲取下隊列的大小，再相比較；
出隊列
出隊列過程：出隊列就是一個從隊列裏返回頭節點元素，並清空該節點對元素的引用的過程，和入隊列過程相反，這裏就不舉例子說明了，我們直接往下看，出隊列有2個方法，poll和peek都是取頭元素節點，區別在於前者會刪除元素，後者不會，我們看源碼如下：
public E poll() {
// 設置起始點
restartFromHead:
for (;;) {
// h指向head，p表示頭結點，需要出隊的節點,q表示next節點
for (Node<E> h = head, p = h, q;;) {
E item = p.item;
// 如果p節點裏面有元素，則該元素直接出隊列，並將p元素節點CAS更新爲NUll
if (item != null && p.casItem(item, null)) {
// p不爲h的時候說明h還在前一個項爲NUll的位置，而p在後一個項有item的位置，則更新h指向
if (p != h)
// 若p的後驅不爲null,則將h指向p的後驅，因爲當前p的項也是要出隊的
// 若p的後驅爲NUll,則將h指向p，此時他們的item都爲Null
updateHead(h, ((q = p.next) != null) ? q : p);
return item;
}
// p.item=null p的後驅爲null，用P更新h值
else if ((q = p.next) == null) {
updateHead(h, p);
return null;
}
else if (p == q)
continue restartFromHead;
// q在p後面，p中節點已經出隊，則讓p指向q
else
p = q;
}
}
}
我們再看下peek的源碼，跟poll差不多，只是減少了刪除出隊列的節點操作，如下：
public E peek() {
restartFromHead:
for (;;) {
for (Node<E> h = head, p = h, q;;) {
E item = p.item;
if (item != null || (q = p.next) == null) {
updateHead(h, p);
return item;
}
else if (p == q)
continue restartFromHead;
else
p = q;
}
}
}
小結：出隊列過程中首先獲取頭節點的元素，然後判斷頭節點元素是否爲空，如果爲空，表示另外一個線程已經進行了一次出隊操作，將該節點的元素取走，如果不爲空，則使用CAS的方式將頭節點的引用設置成null，如果CAS成功，則直接返回頭節點的元素，如果不成功，表示另外一個線程已經進行了一次出隊操作更新了head節點，導致元素髮生了變化，需要重新獲取頭節點。
Size方法
這裏我將size方法做個說明，主要是因爲size比較特殊：用循環獲取，判斷節點是否有值。然後累加，這是一種非常低效的方式，我們在判斷一個ConcurrentLinkedQueue是否爲空時，儘量使用isEmpty()方法，而避免使用size()方法降低程序執行效率，源代碼如下：
public int size() {
int count = 0;
for (Node<E> p = first(); p != null; p = succ(p))
if (p.item != null)
// Collection.size() spec says to max out
if (++count == Integer.MAX_VALUE)
break;
return count;
}