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27. 并发终结之ArrayBlockingQueue

27. 并发终结之ArrayBlockingQueue

作者: 涣涣虚心0215 | 来源:发表于2020-09-25 00:04 被阅读0次

    我们再来看ArrayBlockingQueue的源码,它的底层是基于Object[]数组的(数组是内存中一段连续的空间,所以插入数据会比较方便),所以肯定是有界队列。使用了一个ReentrantLock来保证线程安全(粒度较粗,会带来更多锁的竞争,不利于高并发)。

    内部成员变量

    items是object类型的数组。
    putIndex是压入元素的指针。
    takeIndex是取出元素的指针。
    cout是queue里面元素的总和。
    后面queue是不是满了,通过count和items.length二者相比较来判断的。
    如果一直put元素,没有任何take元素的操作,那么++putIndex=item.length的时候putIndex会被重置为0,此时count==item.length,所以put操作会被阻塞。
    同理如果put满了,take操作开始拿空了queue,那么++takeIndex=item.length的时候,count=0,takeIndex会被重置为0。

    /** The queued items */
    final Object[] items;
    /** items index for next take, poll, peek or remove */
    int takeIndex;
    /** items index for next put, offer, or add */
    int putIndex;
    /** Number of elements in the queue */
    int count;
    
    /*
     * Concurrency control uses the classic two-condition algorithm
     * found in any textbook.
     */
    /** Main lock guarding all access */
    final ReentrantLock lock;
    /** Condition for waiting takes */
    private final Condition notEmpty;
    /** Condition for waiting puts */
    private final Condition notFull;
    
    add

    add方法是queue满的时候插入不进去会抛出IllegalStateException("Queue full")的异常,且add方法其实是调用的offer()方法,offer返回true表示add成功,否则抛出异常。

    public boolean add(E e) {
        return super.add(e);
    }
    public boolean add(E e) {
        //add的本质是调用offer方法
        if (offer(e))
            return true;
        else
            throw new IllegalStateException("Queue full");
    }
    
    offer

    offer方法是返回boolean值的

    public boolean offer(E e) {
        checkNotNull(e);
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        try {
            //如果count等于items数组的长度,表示queue已经满了,返回false
            if (count == items.length)
                return false;
            else {
                //调用enqueue()方法添加元素到queue
                enqueue(e);
                return true;
            }
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    
    private void enqueue(E x) {
        // assert lock.getHoldCount() == 1;
        // assert items[putIndex] == null;
        final Object[] items = this.items;
        //将元素放到putIndex的位置,然后putIndex往后移一位
        items[putIndex] = x;
        if (++putIndex == items.length)
            putIndex = 0;
        count++;
         //当有元素插入,则唤醒notEmpty等待队列
        notEmpty.signal();
    }   
    
    put

    put在queue满的情况下,再添加元素会调用notFull.await()进入阻塞,等待take()方法取出元素后notFull.signal()。
    且put使用的是lock.lockInterruptibly()是会响应中断的,即抛出InterruptedException

    public void put(E e) throws InterruptedException {
        checkNotNull(e);
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        //lock过程中响应中断
        lock.lockInterruptibly();
        try {
            //是while循环,避免过早唤醒以及虚假唤醒
            while (count == items.length)
                //如果queue满了,就阻塞
                notFull.await();
            //唤醒之后再将元素加入到queue里
            enqueue(e);
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    
    offer(time)

    offer(time)是带返回值的,但内部调用的是awaitNanos(time),所以会阻塞一定时间,即等待一段时间后自己醒来,如果queue还是满的,就返回false;如果不是满的,就将元素加入queue,并返回true。

    public boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException {
    
        checkNotNull(e);
        long nanos = unit.toNanos(timeout);
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lockInterruptibly();
        try {
            while (count == items.length) {
                //如果被唤醒之后发现queue还是满的,且等待时间为0,就直接return false
                if (nanos <= 0)
                    return false;
                nanos = notFull.awaitNanos(nanos);
            }
            //否则就将新元素加入queue,并返回true。
            enqueue(e);
            return true;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    
    remove

    remove和add是一对的,所以实现也是类似,调用的是poll()方法,如果poll的返回值不是null,则返回该值;如果是null,则抛出NoSuchElementException。

    public E remove() {
        E x = poll();
        if (x != null)
            return x;
        else
            throw new NoSuchElementException();
    }
    
    poll

    poll方法有值就返回值(从queue里移除),没有值就返回null。

    public E poll() {
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        try {
            return (count == 0) ? null : dequeue();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    //dequeue主要还是对items数组进行操作,最后唤醒notFull的等待队列
    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;
    }
    
    peek

    peek操作是返回queue里的头元素,即items数组里takeIndex位置的元素。

    public E peek() {
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        try {
            return itemAt(takeIndex); // null when queue is empty
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    //返回items数组里takeIndex的值
    final E itemAt(int i) {
        return (E) items[i];
    }
    
    take

    take对应的是put操作,take在queue为空的时候,会阻塞,也是会响应中断的。

    public E take() throws InterruptedException {
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lockInterruptibly();
        try {
            while (count == 0)
                //在循环中判断count是不是为0,如果是0,表示queue为空,notEmpty.await进入等待
                notEmpty.await();
            //唤醒之后就返回当前takeindex的值
            return dequeue();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    
    poll(time)

    poll(time)与offer(time)相对应,poll一段时间,如果queue还是为空就返回null值,否则返回takeIndex对应的数组里的值。

    public E poll(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
        long nanos = unit.toNanos(timeout);
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lockInterruptibly();
        try {
            while (count == 0) {
                if (nanos <= 0)
                    return null;
                nanos = notEmpty.awaitNanos(nanos);
            }
            return dequeue();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    

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