2021-05-09 15:44  阅读(18466)
文章分类:死磕 Java 并发 文章标签:死磕 Java死磕 Java 并发Java 并发源码
© 版权声明:本文为博主原创文章,遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议,转载请附上原文出处链接和本声明。

ArrayBlockingQueue,一个由数组实现的有界阻塞队列。该队列采用FIFO的原则对元素进行排序添加的。 ArrayBlockingQueue为有界且固定,其大小在构造时由构造函数来决定,确认之后就不能再改变了。ArrayBlockingQueue支持对等待的生产者线程和使用者线程进行排序的可选公平策略,但是在默认情况下不保证线程公平的访问,在构造时可以选择公平策略(fair = true)。公平性通常会降低吞吐量,但是减少了可变性和避免了“不平衡性”。

ArrayBlockingQueue

先看ArrayBlockingQueue的定义:

        public class ArrayBlockingQueue<E> extends AbstractQueue<E> implements BlockingQueue<E>, Serializable {
            private static final long serialVersionUID = -817911632652898426L;
            final Object[] items;
            int takeIndex;
            int putIndex;
            int count;
            // 重入锁
            final ReentrantLock lock;
            // notEmpty condition
            private final Condition notEmpty;
            // notFull condition
            private final Condition notFull;
            transient ArrayBlockingQueue.Itrs itrs;
        }
    

可以清楚地看到ArrayBlockingQueue继承AbstractQueue,实现BlockingQueue接口。看过java.util包源码的同学应该都认识AbstractQueue,改类在Queue接口中扮演着非常重要的作用,该类提供了对queue操作的骨干实现(具体内容移驾其源码)。BlockingQueue继承java.util.Queue为阻塞队列的核心接口,提供了在多线程环境下的出列、入列操作,作为使用者,则不需要关心队列在什么时候阻塞线程,什么时候唤醒线程,所有一切均由BlockingQueue来完成。 ArrayBlockingQueue内部使用可重入锁ReentrantLock + Condition来完成多线程环境的并发操作。

  • items,一个定长数组,维护ArrayBlockingQueue的元素
  • takeIndex,int,为ArrayBlockingQueue对首位置
  • putIndex,int,ArrayBlockingQueue对尾位置
  • count,元素个数
  • lock,锁,ArrayBlockingQueue出列入列都必须获取该锁,两个步骤公用一个锁
  • notEmpty,出列条件
  • notFull,入列条件

入队

ArrayBlockingQueue提供了诸多方法,可以将元素加入队列尾部。

  • add(E e) :将指定的元素插入到此队列的尾部(如果立即可行且不会超过该队列的容量),在成功时返回 true,如果此队列已满,则抛出 IllegalStateException
  • offer(E e) :将指定的元素插入到此队列的尾部(如果立即可行且不会超过该队列的容量),在成功时返回 true,如果此队列已满,则返回 false
  • offer(E e, long timeout, TimeUnit unit) :将指定的元素插入此队列的尾部,如果该队列已满,则在到达指定的等待时间之前等待可用的空间
  • put(E e) :将指定的元素插入此队列的尾部,如果该队列已满,则等待可用的空间

方法较多,我们就分析一个方法:add(E e):

        public boolean add(E e) {
            return super.add(e);
        }
    
        public boolean add(E e) {
            if (offer(e))
                return true;
            else
                throw new IllegalStateException("Queue full");
        }
    

add方法调用offer(E e),如果返回false,则直接抛出IllegalStateException异常。offer(E e)为ArrayBlockingQueue实现:

        public boolean offer(E e) {
            checkNotNull(e);
            final ReentrantLock lock = this.lock;
            lock.lock();
            try {
                if (count == items.length)
                    return false;
                else {
                    enqueue(e);
                    return true;
                }
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    

方法首先检查是否为null,然后获取lock锁。获取锁成功后,如果队列已满则直接返回false,否则调用enqueue(E e),enqueue(E e)为入列的核心方法,所有入列的方法最终都将调用该方法在队列尾部插入元素:

        private void enqueue(E x) {
            // assert lock.getHoldCount() == 1;
            // assert items[putIndex] == null;
            final Object[] items = this.items;
            items[putIndex] = x;
            if (++putIndex == items.length)
                putIndex = 0;
            count++;
            notEmpty.signal();
        }
    

该方法就是在putIndex(对尾)为知处添加元素,最后使用notEmpty的signal()方法通知阻塞在出列的线程(如果队列为空,则进行出列操作是会阻塞)。

出队

ArrayBlockingQueue提供的出队方法如下:

  • poll() :获取并移除此队列的头,如果此队列为空,则返回 null
  • poll(long timeout, TimeUnit unit) :获取并移除此队列的头部,在指定的等待时间前等待可用的元素(如果有必要)
  • remove(Object o) :从此队列中移除指定元素的单个实例(如果存在)
  • take() :获取并移除此队列的头部,在元素变得可用之前一直等待(如果有必要)

poll()

        public E poll() {
            final ReentrantLock lock = this.lock;
            lock.lock();
            try {
                return (count == 0) ? null : dequeue();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    

如果队列为空返回null,否则调用dequeue()获取列头元素:

       private E dequeue() {
            final Object[] items = this.items;
            E x = (E) items[takeIndex];
            items[takeIndex] = null;
            if (++takeIndex == items.length)
                takeIndex = 0;
            count--;
            if (itrs != null)
                itrs.elementDequeued();
            notFull.signal();
            return x;
        }
    

该方法主要是从列头(takeIndex 位置)取出元素,同时如果迭代器itrs不为null,则需要维护下该迭代器。最后调用notFull.signal()唤醒入列线程。 take()

        public E take() throws InterruptedException {
            final ReentrantLock lock = this.lock;
            lock.lockInterruptibly();
            try {
                while (count == 0)
                    notEmpty.await();
                return dequeue();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    

take()与poll()存在一个区别就是count == 0 时的处理,poll()直接返回null,而take()则是在notEmpty上面等待直到被入列的线程唤醒。

点赞(10)
版权归原创作者所有,任何形式转载请联系作者; Java 技术驿站 >> [死磕 Java 并发] --- J.U.C之阻塞队列:ArrayBlockingQueue
上一篇
[死磕 Java 并发] --- J.U.C之Java并发容器:ConcurrentSkipListMap
下一篇
[死磕 Java 并发] --- J.U.C之阻塞队列:PriorityBlockingQueue