Question

最近发现了这样的java-concurrency面试任务：

使用两种方法编写简单的无锁Stack：push和pop。

我做了专注：

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;


public class Stack {
    private AtomicInteger count = new AtomicInteger(-1);
    private Object[] data = new Object[1000];

    public void push(Object o) {
        int c = count.incrementAndGet();
        data[c] = o;
    }

    public Object pop() {
        Object top;
        int c;
        while (true) {
            c = count.get();
            if (c == -1) return null;
            top = data[c];
            if (count.compareAndSet(c, c-1))
                return top;
        }
    }
}

是否与预期的方法类似？或者“无锁堆栈”意味着什么不同？请帮助一位java面试新手。

Answer 1

你当然开始朝着正确的方向前进，考虑使用Java的原子整数和原子函数。因此，这将是一个无锁堆栈，如：没有明确的锁。

然而，当并发访问时，它仍然是不正确的，并且证明这一点相对简单：想象你的push（）线程在获取计数和将新元素添加到堆栈之间阻塞（data [c] = o），在此期间，一个pop（）线程出现，获得更高的数量，并弹出......什么？无论在堆栈中该位置的内存中发生了什么，而不是Object o（因为它尚未插入）。

这就是无锁，阵列支持堆栈的问题，你有两件理论上需要调整的东西，那个特定单元的数量和内容，你不能同时原子地做这两件事。我不知道那里有任何无锁阵列支持的堆栈算法。

虽然链接列表支持的堆栈算法是无锁的，但是在这种情况下，您可以创建一个新节点，为其分配内容，并且只有一个操作可以原子执行：更改顶部指针。

如果你对这个论点感兴趣，那么最好的文学作品是Shavit和Herlihy的“多处理器编程艺术”，它描述了许多不同的数据结构，包括无锁和锁定。我现在找不到任何正在详细描述“通常”无锁堆栈算法的论文，尽管Maged Michael在his SMR paper，第8页，第4.2点提及它，我自己完成了a C99 implementation

Answer 2

import java.util.Random;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;

public class LockFreeStack {

public static void main(String... args) {
    LFStack<String> stack = new LFStack<String>();
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        Thread t = new Thread(new RandomStackUse(stack));
        t.setName("My stack thread " + i);
        t.start();
    }
}

private static class LFStack<E> {
    private volatile AtomicReference<Node<E>> head = new AtomicReference<Node<E>>();

    public E peek() {
        E payload = null;
        Node<E> oldHeadNode = head.get();
        if (oldHeadNode != null) { payload = head.get().payload; }
        return payload;
    }

    public E pop() {
        E payload;
        while (true) {
            Node<E> oldHeadNode = head.get();
            if (oldHeadNode == null) { return null; }
            payload = head.get().payload;
            if (head.compareAndSet(oldHeadNode, oldHeadNode.next.get())) { break; }
            //System.out.println("Retry");
        }
        return payload;
    }

    public void push(E e) {
        Node<E> oldHeadNode = new Node<E>(e);

        while (true) {
            Node<E> oldRootNode = head.get();
            if (oldRootNode != null) { oldHeadNode.next.set(oldRootNode); }
            if (head.compareAndSet(oldRootNode, oldHeadNode)) { break; }
            //System.out.println("Retry");
        }
    }
}


//to be used as LinkedList chain <Node> => <Node> => <Node> => null
private static class Node<E> {
    private E payload;
    private AtomicReference<Node<E>> next;

    public Node(E e) {
        payload = e;
        next = new AtomicReference<Node<E>>();
    }
}

public static class RandomStackUse implements Runnable {
    private LFStack<String> stack;
    private Random rand = new Random();

    public RandomStackUse(LFStack<String> stack) {this.stack = stack;}

    @Override
    public void run() {
        long counter = 0;
        while (true) {
            if (rand.nextInt() % 3 == 0) {
                stack.push(String.valueOf(counter++));
                //System.out.println(String.format("%s pushed %d", Thread.currentThread().getName(), counter));
            }
            if (rand.nextInt() % 3 == 1) {
                String value = stack.pop();
                //System.out.println(String.format("%s pop %s", Thread.currentThread().getName(), value));
            }
            if (rand.nextInt() % 3 == 2) {
                String value = stack.peek();
                //System.out.println(String.format("%s peek %s", Thread.currentThread().getName(), value));
            }
        }
    }
}
}

Answer 3

public class MyConcurrentStack<T>
{
private AtomicReference<Node> head = new AtomicReference<Node>();
public MyConcurrentStack()
{

}

public void push(T t)
{
    Node<T> n = new Node<T>(t);
    Node<T> current;

    do
    {
        current = head.get();
        n.setNext(current);
    }while(!head.compareAndSet(current, n));
}

public T pop()
{
    Node<T> currentHead = null;
    Node<T> futureHead = null;
    do
    {
        currentHead = head.get();
        if(currentHead == null)
        {
            return null;
        }
        futureHead = currentHead.next;
    }while(!head.compareAndSet(currentHead, futureHead)); 

    return currentHead.data;
}

public T peek()
{
    Node<T> n = head.get();
    if(n==null)
    {
        return null;
    }
    else
    {
        return n.data;
    }
}

private static class Node<T>
{
       private final T data;
       private Node<T> next;

       private Node(T data)
       {
           this.data = data;
       }

       private void setNext(Node next)
       {
           this.next = next;
       }
}

public static void main(String[] args)
{
    MyConcurrentStack m = new MyConcurrentStack();
    m.push(12);
    m.push(13);
    m.push(15);

    System.out.println(m.pop());
    System.out.println(m.pop());
    System.out.println(m.pop());
    System.out.println(m.pop());
}
}

代码是自我解释的。如果有人需要解释，请告诉我。堆栈按照下图形成：

  ...     ...      ...
 |   |-->|   | -->|   |
  ...     ...      ...

   ^
   |
current head

Answer 4

您可以使用BlockingQueue使用方法put（）插入元素和方法drainTo（Collection c）来获取元素。然后从c。

的末尾读取元素

简单的无锁堆栈

4 个答案: