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LinkedBlockingQueue源码简析

LinkedBlockingQueue源码简析

作者: lipy_ | 来源:发表于2017-05-24 15:33 被阅读0次

    LinkedBlockingQueue是一个基于链表的阻塞队列,实现了BlockingQueue、java.io.Serializable接口继承自AbstractQueue

    创建:

    //当队列中没有任何元素的时候,此时队列的头部就等于队列的尾部,指向的是同一个节点,并且内容为null
    public LinkedBlockingQueue(int capacity) {
        if (capacity <= 0) throw new IllegalArgumentException();
        this.capacity = capacity;
        last = head = new Node<E>(null);
    }
    
    //无参构造,默认使用int的最大值作为capacity的值
    public LinkedBlockingQueue() {
        this(Integer.MAX_VALUE);
    }
    
    //将一个集合中的元素全部入队列。
    public LinkedBlockingQueue(Collection<? extends E> c) {
        this(Integer.MAX_VALUE);
        final ReentrantLock putLock = this.putLock;
        //获取锁
        putLock.lock(); // Never contended, but necessary for visibility
        try {
        //迭代集合中的每一个元素,让其入队列,并且更新一下当前队列中的元素数量
            int n = 0;
            for (E e : c) {
                if (e == null)
                    throw new NullPointerException();
                    if (n == capacity)
                        throw new IllegalStateException("Queue full");
                    //参考下面的enqueue分析        
                    enqueue(new Node<E>(e));
                    ++n;
            }
            count.set(n);
        } finally {
        //释放锁
        putLock.unlock();
        }
    }   
    

    数据元素操作:

    //我们看到是一个链表,里面每个节点都是一个内部类Node,所有的元素都通过Node类来进行存储
    
    static class Node<E> {
        E item;
        
        Node<E> next;
    
        Node(E x) { item = x; }
        }
    
    //创建一个节点,并加入链表尾部,入队
    private void enqueue(Node<E> node) {
        //把node赋给当前的最后一个节点的下一个节点,然后在将node设为最后一个节点
        last = last.next = node;
    }
    
    //出队
    private E dequeue() {
        Node<E> h = head;//获取头节点:x==null
        Node<E> first = h.next;//将头节点的下一个节点赋值给first
        h.next = h; // 将当前将要出队的节点置null(为了使其做head节点做准备
        head = first;//将当前将要出队的节点作为了头节点
        E x = first.item;//获取出队节点的值
        first.item = null;//将出队节点的值置空
        return x;
    }
    

    重要参数:

    
        //AtomicInteger 一个提供原子操作的Integer的类,用来计算现在队列有多少个元素
        //解决在入队或出队时并发修改元素数量
        private final AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);
    
        //元素出队入队时线程所获取的重入锁
        private final ReentrantLock takeLock = new ReentrantLock();
        private final ReentrantLock putLock = new ReentrantLock();
    
    
        //当队列为空时,让从队列中获取元素的线程处于挂起状态
        private final Condition notEmpty = takeLock.newCondition();
        //当队列为空时,让元素入队列的的线程处于挂起状态
        private final Condition notFull = putLock.newCondition();
    
    

    入队:

     public void put(E e) throws InterruptedException {
            if (e == null) throw new NullPointerException();
            // Note: convention in all put/take/etc is to preset local var
            
            int c = -1;
            Node<E> node = new Node(e);
            //当成员变量被其他线程改变时,因为在方法内部重新引用并用final修饰,保证在一次操作内数据是一致的?
            final ReentrantLock putLock = this.putLock;
            final AtomicInteger count = this.count;
            //执行可中断的锁获取操作
            putLock.lockInterruptibly();
            try {
               
                //当队列的容量到底最大时,此时线程将处于等待状态 ?为什么要使用while
                while (count.get() == capacity) {
                    notFull.await();
                }
                //让元素排入队列的末尾
                enqueue(node);
                //更新队列中的元素个数.此处的count.getAndIncrement()方法会更新元素个数并返回旧值
                c = count.getAndIncrement();
                //如果添加元素后的容量,还小于指定容量,说明至少还可以再插一个元素
                if (c + 1 < capacity)
                    notFull.signal();
            } finally {
                //释放锁
                putLock.unlock();
            }
            
            //注意!!!这个c的值就count容量的旧值,c == 0时说明之前的队列是空队列,即出队列=的线程都处于等待状态
            //上边增加了一个新的元素,队列不为空,就会唤醒正在等待获取元素的线程
            if (c == 0)
                signalNotEmpty();
        }
    
    
        //唤醒正在等待获取元素的线程
        private void signalNotEmpty() {
            final ReentrantLock takeLock = this.takeLock;
            takeLock.lock();
            try {
                //通过notEmpty唤醒获取元素的线程
                notEmpty.signal();
            } finally {
                takeLock.unlock();
            }
        }
    
    

    出队:

     public E take() throws InterruptedException {
            E x;
            int c = -1;
            final AtomicInteger count = this.count;
            final ReentrantLock takeLock = this.takeLock;
            //获取锁
            takeLock.lockInterruptibly();
            try {
                //当队列为空时,则让当前线程处于等待
                while (count.get() == 0) {
                    notEmpty.await();
                }
                //完成元素的出队列
                x = dequeue();
                //更新队列中的元素个数.
                c = count.getAndDecrement();
               
                //当前队列中元素数量大于1,唤醒线程,继续执行出队操作
                if (c > 1)
                    notEmpty.signal();
            } finally {
                //释放锁
                takeLock.unlock();
            }
           
            //c==capaitcy的时候,在执行此次出队操作完成之前队列已经满了,去唤醒入队操作的线程进行插入操作
            if (c == capacity)
                signalNotFull();
            return x;
        }
        
        
         private void signalNotFull() {
            final ReentrantLock putLock = this.putLock;
            putLock.lock();
            try {
                notFull.signal();
            } finally {
                putLock.unlock();
            }
        }
    
    
    

    补充:

    AtomicInteger

    对于一个Integer线程安全的操作。

    //当前值+1,采用无限循环,直到+1成功为止
    //返回的是旧值
    public final int getAndIncrement() {
            for (;;) {
                int current = get();//获取当前值
                int next = current + 1;//当前值+1
                if (compareAndSet(current, next))//基于CAS赋值
                    return current;
        }
    }
        
    //当前值-1,采用无限循环,直到-1成功为止 
    //返回旧值
    public final int getAndDecrement() {
        for (;;) {
            int current = get();
            int next = current - 1;
                if (compareAndSet(current, next))
                    return current;
        }
    }
        
    

    compareAndSet这个方法多见于并发控制中,简称CAS(Compare And Swap),意思是如果valueOffset位置包含的值与expect值相同,则更新valueOffset位置的值为update,并返回true,否则不更新,返回false。

    public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
        return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
    }
    

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