LinkedList、ConcurrentLinkedQueue、LinkedBlockingQueue对比分析

    xiaoxiao2025-07-18  5

    写这篇文章源于我经历过的一次生产事故,在某家公司的时候,有个服务会收集业务系统的日志,此服务的开发人员在给业务系统的sdk中就因为使用了LinkedList,又没有做并发控制,就造成了此服务经常不能正常收集到业务系统的日志(丢日志以及日志上报的线程停止运行)。看一下add()方法的源码,我们就可以知道原因了:

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    public boolean add(E e) {

        linkLast(e);//调用linkLast,在队列尾部添加元素

        return true;

    }

     

    void linkLast(E e) {

        final Node<E> l = last;

        final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);

        last = newNode;

        if (l == null)

            first = newNode;

        else

            l.next = newNode;

        size++;//多线程情况下,如果业务系统没做并发控制,size的数量会远远大于实际元素的数量

        modCount++;

    }

        在多线程且没有做并发控制的环境下,size的值远远大于了队列的实际值,100个线程,每个添加1000个元素,最后测试实际只加进去2030个元素:

             List的变量size值为:88371          第2031个元素取出为null

        解决方案,使用锁或者使用ConcurrentLinkedQueue、LinkedBlockingQueue等支持添加元素为原子操作的队列。

        LinkedBlockingQueue的put等方法的源码,是使用ReentrantLock来实现的添加元素原子操作。我们再简单看一下高并发queue的add和offer()方法,方法中使用了CAS来实现的无锁的原子操作:

       public boolean add(E e) {        return offer(e);      }

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    <br>    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) {

                    // p is last node

                    if (p.casNext(null, newNode)) {

                        // Successful CAS is the linearization point

                        // for e to become an element of this queue,

                        // and for newNode to become "live".

                        if (p != t) // hop two nodes at a time

                            casTail(t, newNode);  // Failure is OK.

                        return true;

                    }

                    // Lost CAS race to another thread; re-read next

                }

                else if (p == q)

                    // We have fallen off list.  If tail is unchanged, it

                    // will also be off-list, in which case we need to

                    // jump to head, from which all live nodes are always

                    // reachable.  Else the new tail is a better bet.

                    p = (t != (t = tail)) ? t : head;

                else

                    // Check for tail updates after two hops.

                    p = (p != t && t != (t = tail)) ? t : q;

            }

        }

      接下来,我们再利用高并发queue对上面的demo进行改造,大家只要改变demo中的内容,讲下面两行的注释内容颠倒,即可发现没有丢失任何的元素:

          public static LinkedList list = new LinkedList();       //public static ConcurrentLinkedQueue list = new ConcurrentLinkedQueue();

         再看一下高性能queue的poll()方法,才觉得NB,取元素的方法也用CAS实现了原子操作,因此在实际使用的过程中,当我们在不那么在意元素处理顺序的情况下,队列元素的消费者,完全可以是多个,不会丢任何数据:

    public E poll() {         restartFromHead:         for (;;) {             for (Node<E> h = head, p = h, q;;) {                 E item = p.item;

                    if (item != null && p.casItem(item, null)) {                     // Successful CAS is the linearization point                     // for item to be removed from this queue.                     if (p != h) // hop two nodes at a time                         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;             }         }     }

     

        关于ConcurrentLinkedQueue和LinkedBlockingQueue:

        (1)LinkedBlockingQueue是使用锁机制,ConcurrentLinkedQueue是使用CAS算法,虽然LinkedBlockingQueue的底层获取锁也是使用的CAS算法。

        (2)关于取元素,ConcurrentLinkedQueue不支持阻塞去取元素,LinkedBlockingQueue支持阻塞的take()方法,如若大家需要ConcurrentLinkedQueue的消费者产生阻塞效果,需要自行实现。

        (3)关于插入元素的性能,从字面上和代码简单的分析来看ConcurrentLinkedQueue肯定是最快的,但是这个也要看具体的测试场景,我做了两个简单的demo做测试,测试的结果如下,两个的性能差不多,但在实际的使用过程中,尤其在多cpu的服务器上,有锁和无锁的差距便体现出来了,ConcurrentLinkedQueue会比LinkedBlockingQueue快很多。

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