并发队列中迭代器弱一致性原理探究
一、前言
并发队列里面的Iterators是弱一致性的，next返回的是队列某一个时间点或者创建迭代器时候的状态的反映。当创建迭代器后，其他线程删除了该元素时候并不会抛出java.util.ConcurrentModificationException异常，能够保持创建迭代器后的元素一定被正确的next出来。
二、 ConcurrentLinkedQueue类图结构
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以ConcurrentLinkedQueue为例说下是如何实现的，如图内部的Itr类实现了接口Iterator的功能。 nextNode变量用来存放next()函数要返回的节点，nextItem则用于保存next()函数要返回的节点的值，lasetRet则记录最后一次next()时候的节点元素，用于remove操作。
三、测试代码
3.1 实验一
本实验是测试获取迭代器后调用next前删除元素看看会有什么结果 首先列下测试代码：
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主线程debug断点查看图：
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如图主线程获取了队列元素zlx节点的迭代器，在调用next的时候debug阻塞主。
下面激活SleepInterrupt线程，执行remove操作：
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remove后调度到主线程执行
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可知目前队列里面已经没有zlx元素了，下面看看迭代结果： zlx gh zzz
可知还是迭代出来了已经删除的元素，并且没抛出异常。
3.2 试验2
本实验测试获取迭代器前调用next后删除迭代器后面的元素看看有什么结果 首先列下测试代码：
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主线程debug断点图
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如图主线程获取了队列元素zlx节点的迭代器，在调用next的时候debug阻塞主。
下面激活SleepInterrupt线程，执行remove操作：
image.png
remove后调度到主线程执行
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可知现在队列里面没有了gh元素，下面看看迭代结果 zlx zzz
3.3 试验3
本实验测试获取迭代器前调用next后删除迭代器后面的元素看看有什么结果 首先列下测试代码：
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下面看看迭代结果
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四、源码分析
首先调用队列的iterator()方法时候会实例化一个迭代器，所以每次调用该方法都是一个新的实例，构造函数内部调用了advance方法，目的是确定第一个元素的iterator.
Itr() {
advance();//(1)
}
//获取队列中下一个可用节点。调用next()时候返回节点值，或者返回null
private E advance() {
//lastRet记录调用最后一次调用next时候的节点
lastRet = nextNode;(2)
//x存放节点值
E x = nextItem;(3)
//获取next节点
Node<E> pred, p;
//如果为nul则调用阻塞队列的first方法获取
if (nextNode == null) {
p = first();//(4)
pred = null;
} else {
//不为nul则获取下一个节点(5)
pred = nextNode;
p = succ(nextNode);
}
for (;;) {
//p=null则直接返回，重置节点null(6)
if (p == null) {
nextNode = null;
nextItem = null;
return x;
}
//否者记录当前节点并返回值
E item = p.item;
if (item != null) {//(7)
nextNode = p;
nextItem = item;
return x;
} else {
// 跳过null值节点(8)
Node<E> next = succ(p);
if (pred != null && next != null)
pred.casNext(p, next);
p = next;
}
}
}//判断是否有原始
public boolean hasNext() {
return nextNode != null;
}
//有则删除
public E next() {
if (nextNode == null) throw new NoSuchElementException();
return advance();
}
//删除元素
public void remove() {
Node<E> l = lastRet;
if (l == null) throw new IllegalStateException();
// rely on a future traversal to relink.
l.item = null;
lastRet = null;
}下面看图说话： 假设初始队列里面有三个元素
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那么调用队列的iterator时候执行（1）（4）（7）后队列状态图：
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调用hasNext（）时候知道nextNode != null所以返回true.
然后调用next()方法执行（2）（5）（7）后,返回zlx,队列状态图
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也就说第一次调用队列的iterator方法会在构造函数调用advance方法一次，这时候已经把队列第一个可用的节点指针赋值给nextNode，节点值赋值给nextItem；这样当调用hasNext时候先看nextNode是否null，null说明队列为空则返回false说明队列里面没有元素,否者会调用next方法，该方法会再次调用advance方法，由于调用hasNext确定了nextNode不为null所以会调用（5）来获取下次调用next要返回的值，也就是当前nextNode的后继节点。如果后继节点为null则返回nextNode对应的值nextItem，否者设置下一次调用next时候需要的nextNode和nextItem。
下面考虑下实验一的情况，首先线程1调用调用hasNext（)后情况为：
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假如线程1调用next前另外线程把队列里面的zlx删除了，现在队列状态：
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现在在调用next方法（2）（5）（7）后的状态为：
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所以返回x=zlx；
试验2的结果很明显，这里不再说了，下面看看试验3 最后还有一个remove方法，他仅仅是把最后一次next时候记录的节点内容重置为null，并且记录节点为null,下面图解说下： 第一次调用hasNext后
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然后调用remove方法因为lastRet=null所以抛出了异常，其实应该先调用next方法在调用remove方法。
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这样是OK的先调用next方法设置lastRet，然后在调用remove删除。
然后看remove里面并没有看到有对队列里面的头尾节点进行操作，也就说并没有在队列中移除该元素的操作，乍一看这有问题，但是没问题：下面看删除zlx后队列状态
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也就是remove仅仅把节点内容变为null，所以head还是指向这个元素（注意本节讲的都是不带哨兵节点的队列，正常情况下队列一开始有个null的哨兵节点，如果本节考虑的话，那么上面的图应该有两个null节点，一个是哨兵，一个是zlx节点变成的）
而poll时候如果节点内容为null则会继续查看后继节点，所以这里remove简单的把节点内容变为null即可。
四、总结
并发队列里面的迭代器通过使用nextItem保留创建迭代器时候的节点的值，保证了在调用hasNext和next方法之间其他线程删除该元素后还可以正常返回删除节点的内容，并不抛出异常，之所以说是弱一致性是因为调用next时候该元素已经不在队列里面了，但是迭代返回还可以返回。另外remove操作并没有立刻把删除的原始从队列中干掉，而是在出队时候从队列里面解除，让它变为自引用节点，等待被垃圾回收。