24、并发队列与 ABA 问题详解

并发队列与 ABA 问题详解

1. 锁自由队列的特性与实现

在并发队列的操作中，为了避免出现不一致的情况，出队操作（deq）需要协助推进尾指针（tail）。例如，当一个线程入队节点 b 时，已将节点 a 的 next 字段指向 b，但还未将 tail 从 a 重定向到 b。此时若另一个线程开始出队操作，它会读取 b 的值并将头指针（head）从 a 重定向到 b，这就会导致在 tail 仍指向 a 时 a 被移除。为避免此问题，出队线程在重定向 head 之前，必须先将 tail 从 a 推进到 b。

deq 方法会尝试使 tail 与哨兵节点的后继节点保持一致，然后才更新 head 以移除哨兵节点。若该方法返回一个值，其线性化点是在第 39 行成功调用 compareAndSet() 时；否则，线性化点在第 33 行。

这种队列是锁自由的。每个方法调用都会先检查是否有未完成的入队操作，并尝试完成它。在最坏情况下，所有线程都在尝试推进队列的 tail 字段，其中必有一个会成功。只有当另一个线程的方法调用成功更改引用时，当前线程的入队或出队操作才会失败，所以总会有方法调用完成。锁自由特性显著提升了队列实现的性能，通常比最有效的阻塞算法表现更优。

2. 内存回收与 ABA 问题

目前的队列实现依赖 Java 垃圾回收器在节点出队后进行回收。但在某些情况下，我们可能希望自行管理内存，原因如下：
- 像 C 或 C++ 这类语言不提供垃圾回收功能。
- 即使有垃圾回收机制，对于频繁创建和释放大量小对象的类，自行管理内存往往更高效。
- 若垃圾回收过程不是锁自由的，我们可能需要提供自己的锁自由内存回收方案。