上一篇博客，我们介绍了ArrayBlockQueue，知道了它是基于数组实现的有界阻塞队列，既然有基于数组实现的，那么一定有基于链表实现的队列了，没错，当然有，这就是我们今天的主角：LinkedBlockingQueue。ArrayBlockQueue是有界的，那么LinkedBlockingQueue是有界还是无界的呢？我觉得可以说是有界的，也可以说是无界的，为什么这么说呢？看下去你就知道了。
和上篇博客一样，我们还是先看下LinkedBlockingQueue的基本应用，然后解析LinkedBlockingQueue的核心代码。
LinkedBlockingQueue基本应用
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
LinkedBlockingQueue<Integer> linkedBlockingQueue = new LinkedBlockingQueue();
linkedBlockingQueue.add(15);
linkedBlockingQueue.add(60);
linkedBlockingQueue.offer(50);
linkedBlockingQueue.put(100);
System.out.println(linkedBlockingQueue);
System.out.println(linkedBlockingQueue.size());
System.out.println(linkedBlockingQueue.take());
System.out.println(linkedBlockingQueue);
System.out.println(linkedBlockingQueue.poll());
System.out.println(linkedBlockingQueue);
System.out.println(linkedBlockingQueue.peek());
System.out.println(linkedBlockingQueue);
System.out.println(linkedBlockingQueue.remove(50));
System.out.println(linkedBlockingQueue);
}
运行结果：
[15, 60, 50, 100]
4
15
[60, 50, 100]
60
[50, 100]
50
[50, 100]
true
[100]
代码比较简单，先试着分析下：
- 创建了一个LinkedBlockingQueue 。
- 分别使用add/offer/put方法向LinkedBlockingQueue中添加元素，其中add方法执行了两次。
- 打印出LinkedBlockingQueue：[15, 60, 50, 100]。
- 打印出LinkedBlockingQueue的size：4。
- 使用take方法弹出第一个元素，并打印出来：15。
- 打印出LinkedBlockingQueue：[60, 50, 100]。
- 使用poll方法弹出第一个元素，并打印出来：60。
- 打印出LinkedBlockingQueue：[50, 100]。
- 使用peek方法弹出第一个元素，并打印出来：50。
- 打印出LinkedBlockingQueue：[50, 10]。
- 使用remove方法，移除值为50的元素，返回true。
- 打印出LinkedBlockingQueue：100。
代码比较简单，但是还是有些细节不明白：
- 底层是如何保证线程安全性的?
- 数据保存在哪里，以什么形式保存的?
- offer/add/put都是往队列里面添加元素，区别是什么？
- poll/take/peek都是弹出队列的元素，区别是什么？
要解决上面的疑问，最好的途径还是看源码，下面我们就来看看LinkedBlockingQueue的核心源码。
LinkedBlockingQueue源码解析
构造方法
LinkedBlockingQueue提供了三个构造方法，如下图所示：
image.png
我们一个一个来分析。
LinkedBlockingQueue()
public LinkedBlockingQueue() {
this(Integer.MAX_VALUE);
}
无参的构造方法竟然直接把“锅”甩出去了，甩给了另外一个构造方法，但是我们要注意传的参数：Integer.MAX_VALUE。
LinkedBlockingQueue(int capacity)
public LinkedBlockingQueue(int capacity) {
if (capacity <= 0) throw new IllegalArgumentException();
this.capacity = capacity;
last = head = new Node<E>(null);
}
- 判断传入的capacity是否合法，如果不大于0，直接抛出异常。
- 把传入的capacity赋值给capacity。
- 新建一个Node节点，并且把此节点赋值给head和last字段。
这个capacity是什么呢？如果大家对代码有一定的感觉的话，应该很容易猜到这是LinkedBlockingQueue的最大容量。如果我们调用无参的构造方法来创建LinkedBlockingQueue的话，那么它的最大容量就是Integer.MAX_VALUE，我们把它称为“无界”，但是我们也可以指定最大容量，那么此队列又是一个“有界”队列了，所以有些博客很草率的说LinkedBlockingQueue是有界队列，或者是无界队列，个人认为这是不严谨的。
我们再来看看这个Node是个什么鬼：
static class Node<E> {
E item;
Node<E> next;
Node(E x) { item = x; }
}
是不是有一种莫名的亲切感，很明显，这是单向链表的实现呀，next指向的就是下一个Node。
LinkedBlockingQueue(Collection<? extends E> c)
public LinkedBlockingQueue(Collection<? extends E> c) {
this(Integer.MAX_VALUE);//调用第二个构造方法，传入的capacity是Int的最大值，可以说 是一个无界队列。
final ReentrantLock putLock = this.putLock;
putLock.lock(); //开启排他锁
try {
int n = 0;//用于记录LinkedBlockingQueue的size
//循环传入的c集合
for (E e : c) {
if (e == null)//如果e==null，则抛出空指针异常
throw new NullPointerException();
if (n == capacity)//如果n==capacity，说明到了最大的容量，则抛出“Queue full”异常
throw new IllegalStateException("Queue full");
enqueue(new Node<E>(e));//入队操作
++n;//n自增
}
count.set(n);//设置count
} finally {
putLock.unlock();//释放排他锁
}
}
- 调用第二个构造方法，传入了int的最大值，所以可以说此时LinkedBlockingQueue是无界队列。
- 开启排他锁putLock 。
- 定义了一个变量n，用来记录当前LinkedBlockingQueue的size。
- 循环传入的集合，如果其中的元素为null，则抛出空指针异常，如果n==capacity，说明到了最大的容量，则抛出“Queue full”异常，否则执行enqueue操作来进行入队，然后n进行自增。
- 设置count为n，由此可知，count就是LinkedBlockingQueue的size了。
- 在finally中释放排他锁putLock 。
offer
public boolean offer(E e) {
if (e == null) throw new NullPointerException();//如果传入的元素为NULL，抛出异常
final AtomicInteger count = this.count;//取出count
if (count.get() == capacity)//如果count==capacity，说明到了最大容量，直接返回false
return false;
int c = -1;//表示size
Node<E> node = new Node<E>(e);//新建Node节点
final ReentrantLock putLock = this.putLock;
putLock.lock();//开启排他锁
try {
if (count.get() < capacity) {//如果count<capacity，说明还没有达到最大容量
enqueue(node);//入队操作
c = count.getAndIncrement();//获得count，赋值给c后完成自增操作
if (c + 1 < capacity)//如果c+1 <capacity，说明还有剩余的空间，唤醒因为调用notFull的await方法而被阻塞的线程
notFull.signal();
}
} finally {
putLock.unlock();//在finally中释放排他锁
}
if (c == 0)//如果c==0，说明释放putLock的时候，队列中有一个元素，则调用signalNotEmpty
signalNotEmpty();
return c >= 0;
}
- 如果传进来的元素为null，则抛出异常。
- 把本类实例的count赋值给局部变量count。
- 如果count==capacity，说明到了最大的容量，直接返回false。
- 定义局部变量c，用来表示size，初始值是-1。
- 新建Node节点。
- 开启排他锁putLock。
- 如果count>=capacity，说明到了最大的容量，释放排他锁后，返回false，因为此时c=-1，c>=0为false；如果count<capacity，说明还有剩余空间，继续往下执行。这里需要思考一个问题，为什么第三步已经判断过了是否还有剩余空间，这里还要再判断一次呢？因为可能有多个线程都在执行add/offer/put方法，当队列没有满的时候，多个线程同时执行到第三步（第三步的时候还没有开启排他锁），然后同时往下走，所以开启排他锁后，还需要重新判断下。
- 执行入队操作。
- 获得count，并且赋值给c后，完成自增的操作。注意，是先赋值后自增，赋值和自增的先后顺序会直接影响到后面的判断逻辑。
- 如果c+1<capacity，说明还有剩余的空间，唤醒因为调用notFull的await方法而被阻塞的线程。这里为什么要+1再进行判断？因为在第9步中，是先赋值后自增，也就是说局部变量c保存的还是入队之前LinkedBlockingQueue的size，所以要先进行+1操作，得到的才是当前LinkedBlockingQueue的size。
- 在finally中，释放排他锁putLock。
- 如果c==0，说明在释放putLock排他锁的时候，队列中有且只有一个元素，则调用signalNotEmpty方法。让我们来看看signalNotEmpty方法：
private void signalNotEmpty() {
final ReentrantLock takeLock = this.takeLock;
takeLock.lock();
try {
notEmpty.signal();
} finally {
takeLock.unlock();
}
}
代码比较简单，就是开启排他锁，唤醒因为调用notEmpty的await方法而被阻塞的线程，但是这里需要注意，这里获得的排他锁已经不再是putLock，而是takeLock。
add
public boolean add(E e) {
if (offer(e))
return true;
else
throw new IllegalStateException("Queue full");
}
add方法直接调用了offer方法，但是add和offer还不完全一样，当队列满了，如果调用offer方法，会直接返回false，但是调用add方法，会抛出"Queue full"的异常。
put
public void put(E e) throws InterruptedException {
if (e == null) throw new NullPointerException();//如果传入的元素为NULL，抛出异常
int c = -1;//表示size
Node<E> node = new Node<E>(e);//新建Node节点
final ReentrantLock putLock = this.putLock;
final AtomicInteger count = this.count;//获得count
putLock.lockInterruptibly();//开启排他锁
try {
//如果到了最大容量，调用notFull的await方法，等待唤醒，用while循环，是为了防止虚假唤醒
while (count.get() == capacity) {
notFull.await();
}
enqueue(node);//入队
c = count.getAndIncrement();//count先赋值给c后，再进行自增操作
if (c + 1 < capacity)//如果c+1<capacity，调用notFull的signal方法，唤醒因为调用notFull的await方法而被阻塞的线程
notFull.signal();
} finally {
putLock.unlock();//释放排他锁
}
if (c == 0)//如果队列中有一个元素，唤醒因为调用notEmpty的await方法而被阻塞的线程
signalNotEmpty();
}
- 如果传入的元素为NULL，则抛出异常。
- 定义一个局部变量c，来表示size，初始值是-1。
- 新建Node节点。
- 把本类实例中的count赋值给局部变量count。
- 开启排他锁putLock。
- 如果到了最大容量，则调用notFull的await方法，阻塞当前线程，等待其他线程调用notFull的signal方法来唤醒自己，这里用while循环是为了防止虚假唤醒。
- 执行入队操作。
- count先赋值给c后，再进行自增操作。
- 如果c+1<capacity，说明还有剩余的空间，则调用notFull的signal方法，唤醒因为调用notFull的await方法而被阻塞的线程。
- 释放排他锁putLock。
- 如果队列中有且只有一个元素，唤醒因为调用notEmpty的await方法而被阻塞的线程。
enqueue
private void enqueue(Node<E> node) {
last = last.next = node;
}
入队操作是不是特别简单，就是把传入的Node节点，赋值给last节点的next字段，再赋值给last字段，从而形成一个单向链表。
小总结
至此offer/add/put的核心源码已经分析完毕，我们来做一个小总结，offer/add/put都是添加元素的方法，不过他们之间还是有所区别的，当队列满了，调用以上三个方法会出现不同的情况：
- offer：直接返回false。
- add：虽然内部也调用了offer方法，但是队列满了，会抛出异常。
- put：线程会阻塞住，等待唤醒。
size
public int size() {
return count.get();
}
没什么好说的，count记录着LinkedBlockingQueue的size，获得后返回就是了。
take
public E take() throws InterruptedException {
E x;
int c = -1;//size
final AtomicInteger count = this.count;//获得count
final ReentrantLock takeLock = this.takeLock;
takeLock.lockInterruptibly();//开启排他锁
try {
while (count.get() == 0) {//说明目前队列中没有数据
notEmpty.await();//阻塞，等待唤醒
}
x = dequeue();//出队
c = count.getAndDecrement();//先赋值，后自减
if (c > 1)//如果size>1，说明在出队之前，队列中有至少两个元素
notEmpty.signal();//唤醒因为调用notEmpty的await方法而被阻塞的线程
} finally {
takeLock.unlock();//释放排他锁
}
if (c == capacity)//如果队列中还有一个剩余空间
signalNotFull();
return x;
}
- 定义局部变量c，用来表示size，初始值是-1。
- 把本类实例的count字段赋值给临时变量count。
- 开启响应中断的排他锁takeLock 。
- 如果count==0，说明目前队列中没有数据，就阻塞当前线程，等待唤醒，直到其他线程调用了notEmpty的signal方法唤醒了当前线程。用while循环是为了防止虚假唤醒。
- 进行出队操作。
- count先赋值给c后，在进行自减操作，这里需要注意是先赋值，后自减。
- 如果c>1，也就是size>1，结合上面的先赋值，后自减，可知如果满足条件，说明在出队之前，队列中至少有两个元素，则调用notEmpty的signal方法，唤醒因为调用notEmpty的await方法而被阻塞的线程。
- 释放排他锁takeLock 。
- 如果执行出队后，队列中有且只有一个剩余空间，换个说法，就是执行出队操作前，队列是满的，则调用signalNotFull方法。
我们再来看下signalNotFull方法：
private void signalNotFull() {
final ReentrantLock putLock = this.putLock;
putLock.lock();
try {
notFull.signal();
} finally {
putLock.unlock();
}
}
- 开启排他锁，注意这里的排他锁是putLock 。
- 调用notFull的signal方法，唤醒因为调用notFull的await方法而被阻塞的线程。
- 释放排他锁putLock 。
poll
public E poll() {
final AtomicInteger count = this.count;
if (count.get() == 0)
return null;
E x = null;
int c = -1;
final ReentrantLock takeLock = this.takeLock;
takeLock.lock();
try {
if (count.get() > 0) {
x = dequeue();
c = count.getAndDecrement();
if (c > 1)
notEmpty.signal();
}
} finally {
takeLock.unlock();
}
if (c == capacity)
signalNotFull();
return x;
}
相比take方法，最大的区别就如果队列为空，执行take方法会阻塞当前线程，直到被唤醒，而poll方法，直接返回null。
peek
public E peek() {
if (count.get() == 0)
return null;
final ReentrantLock takeLock = this.takeLock;
takeLock.lock();
try {
Node<E> first = head.next;
if (first == null)
return null;
else
return first.item;
} finally {
takeLock.unlock();
}
}
peek方法，只是拿到头节点的值，但是不会移除该节点。
dequeue
private E dequeue() {
Node<E> h = head;
Node<E> first = h.next;
h.next = h; // help GC
head = first;
E x = first.item;
first.item = null;
return x;
}
没什么好说的，就是弹出元素，并且移除弹出的元素。
小总结
至此take/poll/peek的核心源码已经分析完毕，我们来做一个小总结，take/poll/peek都是获得头节点值的方法，不过他们之间还是有所区别的：
- take：当队列为空，会阻塞当前线程，直到被唤醒。会进行出队操作，移除获得的节点。
- poll：当队列为空，直接返回null。会进行出队操作，移除获得的节点。
- peek：当队列为空，直接返回null。不会移除节点。
LinkedBlockingQueue的核心源码分析到这里完毕了，谢谢大家。
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