这个(无锁)队列实现线程安全吗？

Question

我正在尝试用Java创建一个无锁队列实现,主要用于个人学习.队列应该是一般的,允许任意数量的读者和/或作者同时.

您能否回顾一下,并提出您发现的任何改进/问题？

谢谢.

import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;

public class LockFreeQueue<T> {
    private static class Node<E> {
        E value;
        volatile Node<E> next;

        Node(E value) {
            this.value = value;
        }
    }

    private AtomicReference<Node<T>> head, tail;

    public LockFreeQueue() {
        // have both head and tail point to a dummy node
        Node<T> dummyNode = new Node<T>(null);
        head = new AtomicReference<Node<T>>(dummyNode);
        tail = new AtomicReference<Node<T>>(dummyNode);
    }

    /**
     * Puts an object at the end of the queue.
     */
    public void putObject(T value) {
        Node<T> newNode = new Node<T>(value);
        Node<T> prevTailNode = tail.getAndSet(newNode);
        prevTailNode.next = newNode;
    }

    /**
     * Gets an object from the beginning of the queue. The object is removed
     * from the queue. If there are no objects in the queue, returns null.
     */
    public T getObject() {
        Node<T> headNode, valueNode;

        // move head node to the next node using atomic semantics
        // as long as next node is not null
        do {
            headNode = head.get();
            valueNode = headNode.next;
            // try until the whole loop executes pseudo-atomically
            // (i.e. unaffected by modifications done by other threads)
        } while (valueNode != null && !head.compareAndSet(headNode, valueNode));

        T value = (valueNode != null ? valueNode.value : null);

        // release the value pointed to by head, keeping the head node dummy
        if (valueNode != null)
            valueNode.value = null;

        return value;
}

Answer 1

该代码不是线程安全的。考虑putObject(...)：

public void putObject(T value) {
    Node<T> newNode = new Node<T>(value);
    Node<T> prevTailNode = tail.getAndSet(newNode);
    prevTailNode.next = newNode;
}

next第二条语句在设置前一个节点的指针之前添加新节点。这仅发生在第三个声明中。因此，有一个窗口，next其中null; 即竞争条件。

即使你解决了这个问题，还有一个更隐蔽的问题。next读取Node 对象字段的线程不一定会看到第二个线程刚刚写入的值。这是 Java 内存模型的结果。在这种情况下，确保后续读取始终看到较早写入值的方法是：

• 声明next为volatile, 或
• 在同一对象上的原始互斥体中进行读取和写入操作。

getObject()编辑：在阅读和 的代码时putObject()，更详细地，我可以看到没有任何东西强制将 的非空值next刷新到内存中putObject，也没有任何东西强制从主内存中getObject读取next。因此，getObject代码可能会看到错误的值，导致它在队列中确实有元素时next返回。null