ArrayBlockingQueue源码解读

作者: 辣公公 | 来源:发表于2016-12-14 01:15 被阅读82次

    ArrayBlockingQueue是一个有界的阻塞队列,所有的元素按照先入先出(FIFO)的规则进队出队,在队列的末尾插入元素,在队列的头部取出元素。如下表格,只能在*号处插入数字8。

    Head Tail
    1 2 3 4 5 6 7 *

    ArrayBlockingQueue特殊的地方

    • 一旦初始化后将不能改变其容量大小
    • offer:插入元素,当队列满时返回false插入失败,当队列未满返回true,插入成功。
    • poll:offer 的逆过程,不做解释。
    • add :内部实现是调用offer,当队列满时,throw new IllegalStateException("Queue full")。
    • remove : 内部实现是调用poll,当队列为空时,throw new NoSuchElementException()。
    • put :向队列中插入数据,当队列满时该插入线程会暂停(await),直到有线程signal 后继续插入,直到插入成功为止。
    • take :put的逆过程,不做解释。

    源码部分

    1. 几个关键的成员变量(主要看注释
    /** The queued items */
        final Object[] items;//数据形式存放所有元素。数组需要指定大小,这也说明了为什么是有界的了
    
        /** items index for next take, poll, peek or remove */
        int takeIndex;//插入元素的位置
    
        /** items index for next put, offer, or add */
        int putIndex;//删除元素的位置
    
        /** Number of elements in the queue */
        int count;//元素的个数
    
        /*
         * Concurrency control uses the classic two-condition algorithm
         * found in any textbook.
         */
    
        /** Main lock guarding all access */
        final ReentrantLock lock;//重入锁,构造函数传入的fair就是给他用
    
        /** Condition for waiting takes */
        private final Condition notEmpty;//用于在删除时阻塞线程
    
        /** Condition for waiting puts */
        private final Condition notFull;//用于在插入时阻塞线程
    
    注意ArrayBlockingQueue在插入或者删除的时候并没有做元素位置的交换,而是记录相应的位置,简单有图展示一黄色表示有元素

    在执行put将变为下图


    可以看出ArrayBlockingQueue在循环使用数组
    1. 构造函数-----capacity 队列的容量,fair 锁竞争时是否使用公平锁
    public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair) {
            if (capacity <= 0)
                throw new IllegalArgumentException();
            this.items = new Object[capacity];//初始化数组,初始化后将不能改变容量大小
            lock = new ReentrantLock(fair);
            notEmpty = lock.newCondition();
            notFull =  lock.newCondition();
        }
    
    1. 入队:将数组putIndex的值设置成插入的值,然后调整putIndex的位置,count++,最后signal 随机唤醒一个线程,继续执行入队或者出队
    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)//这里循环时候数组
                putIndex = 0;
            count++;
            notEmpty.signal();
        }
    
    1. 出队:将数组putIndex的值设置未null,然后调整takeIndex的位置,count--,最后signal 随机唤醒一个线程,继续执行入队或者出队
    private E dequeue() {
            // assert lock.getHoldCount() == 1;
            // assert items[takeIndex] != null;
            final Object[] items = this.items;
            @SuppressWarnings("unchecked")
            E x = (E) items[takeIndex];
            items[takeIndex] = null;
            if (++takeIndex == items.length)
                takeIndex = 0;
            count--;
            if (itrs != null)
                itrs.elementDequeued();
            notFull.signal();
            return x;
        }
    
    1. offer:队列未满时插入
    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();
            }
        }
    
    1. poll:队列为空时返回null,不空是返回队列末尾的元素
    public E poll() {
            final ReentrantLock lock = this.lock;
            lock.lock();
            try {
                return (count == 0) ? null : dequeue();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    
    1. put:当队列满时,notFull.await()等待,直到dequeue 发出signal,继续尝试入队操作
    public void put(E e) throws InterruptedException {
            checkNotNull(e);
            final ReentrantLock lock = this.lock;
            lock.lockInterruptibly();
            try {
                while (count == items.length)
                    notFull.await();
                enqueue(e);
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    

    插入的元素不能为空

    1. take:当队列未空时,notEmpty.await()等待,直到enqueue 发出signal尝试出队操作
    public E take() throws InterruptedException {
            final ReentrantLock lock = this.lock;
            lock.lockInterruptibly();
            try {
                while (count == 0)
                    notEmpty.await();
                return dequeue();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    

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