### Java多线程与并发(15-26)-JUC集合-ConcurrentLinkedQueue详解
#### 一、ConcurrentLinkedQueue概述
`ConcurrentLinkedQueue`是Java实用工具包（J.U.C）中的一个高性能线程安全队列，主要用于解决多线程环境下并发访问集合的问题。它基于链表实现，具有非阻塞特性和无界队列的特点。`ConcurrentLinkedQueue`遵循FIFO（First-In-First-Out，先进先出）原则进行元素排序：队列头部存储的是最早进入队列的元素，而队列尾部则是最近添加的元素。
#### 二、ConcurrentLinkedQueue的特性
- **线程安全性**：`ConcurrentLinkedQueue`提供了线程安全的队列操作，能够支持多个线程并发地读写队列而不必担心数据一致性问题。
- **无界性**：作为无界的队列，`ConcurrentLinkedQueue`理论上可以无限添加元素，直到系统资源耗尽。
- **不支持null元素**：该队列不允许存储null元素，尝试添加null元素会导致抛出`NullPointerException`。
- **高性能**：由于采用了非阻塞算法和CAS操作，相较于其他同步容器如`synchronized`或`ReentrantLock`，在高并发场景下性能更加优越。
#### 三、ConcurrentLinkedQueue的数据结构
`ConcurrentLinkedQueue`采用链表结构来存储元素，每个节点包含一个元素和指向下一个节点的引用。队列维护了一个头节点（队首）和尾节点（队尾），新元素总是添加到队列尾部，而元素总是从队列头部取出。
#### 四、ConcurrentLinkedQueue源码分析
##### 类的继承关系
```java
public class ConcurrentLinkedQueue<E> extends AbstractQueue<E>
implements Queue<E>, java.io.Serializable {}
```
`ConcurrentLinkedQueue`继承自`AbstractQueue`，这是一个抽象类，定义了一些基本的队列操作方法。同时，它实现了`Queue`接口，该接口定义了一组标准的队列操作。此外，`ConcurrentLinkedQueue`还实现了`Serializable`接口，使得队列对象可以被序列化。
##### 内部类Node
`ConcurrentLinkedQueue`的核心是内部类`Node`，该类负责存储队列中的元素以及指向下一个节点的引用。
```java
private static class Node<E> {
// 元素
volatile E item;
// next域
volatile Node<E> next;
Node(E item) {
UNSAFE.putObject(this, itemOffset, item);
}
boolean casItem(E cmp, E val) {
return UNSAFE.compareAndSwapObject(this, itemOffset, cmp, val);
}
void lazySetNext(Node<E> val) {
UNSAFE.putOrderedObject(this, nextOffset, val);
}
boolean casNext(Node<E> cmp, Node<E> val) {
return UNSAFE.compareAndSwapObject(this, nextOffset, cmp, val);
}
// Unsafe相关字段及方法
}
```
- **Node类解析**：`Node`类中定义了两个核心字段：`item`用于存储队列元素，`next`用于指向下一个节点。这两个字段都被声明为`volatile`类型，确保了内存可见性。
- **构造方法**：构造方法使用`Unsafe`类的`putObject`方法初始化`item`字段，该方法使用了`CAS`（Compare and Swap）操作，保证了原子性。
- **CAS操作**：`casItem`方法用于原子性地更新`item`字段，`casNext`用于原子性地更新`next`字段。
- **Unsafe类**：为了提高性能，`ConcurrentLinkedQueue`使用了`Unsafe`类来进行底层操作，比如内存访问等。通过这种方式，可以在一定程度上避免锁带来的开销。
#### 五、应用场景
- **生产者消费者模型**：`ConcurrentLinkedQueue`非常适合用于生产者消费者模式，多个生产者线程可以向队列中添加元素，而多个消费者线程可以从队列中移除元素。
- **任务调度**：在任务调度场景中，`ConcurrentLinkedQueue`可以用来存储待处理的任务，多个工作线程可以从队列中获取任务进行处理。
- **消息传递**：在分布式系统中，`ConcurrentLinkedQueue`可以用于消息队列，实现消息的异步传递。
#### 六、总结
`ConcurrentLinkedQueue`是Java并发工具包中非常重要的一个组件，适用于高并发场景下的队列管理。通过对其实现原理的深入理解，可以更好地应用这一组件解决实际问题。
