分析Java非阻塞算法Lock-Free的实现

非阻塞算法一般会使用CAS来协调线程的操作。虽然非阻塞算法有诸多优点，但是在实现上要比基于锁的算法更加繁琐和负责。本文将会介绍两个是用非阻塞算法实现的数据结构。

非阻塞的栈

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

先构建一个LinkedNode类。

 public class LinkedQueue { private final LinkedNode nullNode= new LinkedNode<>(null, null); private final AtomicReference> head= new AtomicReference<>(nullNode); private final AtomicReference> tail= new AtomicReference<>(nullNode); public boolean put(E item){ LinkedNode newNode = new LinkedNode<>(item, null); while (true){ LinkedNode currentTail= tail.get(); LinkedNode 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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