BlockingQueues在java.util.concurrent包下,提供了线程安全的队列访问方式,当阻塞队列插入数据时,如果队列已经满了,线程则会阻塞,等待队列中元素被取出后再插入,当从阻塞队列中取数据时,如果队列是空的,则线程会阻塞,等待队列中有新元素。

BlockingQueue的核心方法

package java.util.concurrent;

import java.util.Collection;
import java.util.Queue;

public interface BlockingQueue<E> extends Queue<E> {
    // 添加成功返回true,失败抛IllegalStateException异常
    boolean add(E e);
    
    // 成功返回 true,如果此队列已满,则返回 false。
    boolean offer(E e);
    
    // 将元素插入此队列的尾部,如果该队列已满,则一直阻塞
    void put(E e) throws InterruptedException;
    
    //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) 
    // 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,该方法可中断 
    boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException;
        
    // 获取并移除此队列头元素,若没有元素则一直阻塞。
    E take() throws InterruptedException;
    // 获取并移除此队列的头元素,若队列为空,则返回 null
    E poll(long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException;

    int remainingCapacity();
    // 移除指定元素,成功返回true,失败返回false
    boolean remove(Object o);

    public boolean contains(Object o);
    // 从该队列中移除所有可用元素,并将它们添加到给定集合中
    int drainTo(Collection<? super E> c);
    // 从该队列中移除最多给定数量的可用元素,并将它们添加到给定集合中。
    int drainTo(Collection<? super E> c, int maxElements);
}

Java并发包中的阻塞队列一共7个:

  • ArrayBlockingQueue:一个由数组结构组成的有界阻塞队列。 
  • LinkedBlockingQueue:一个由链表结构组成的有界阻塞队列。 
  • PriorityBlockingQueue:一个支持优先级排序的无界阻塞队列。 
  • DealyQueue:一个使用优先级队列实现的无界阻塞队列。 
  • SynchronousQueue:一个不存储元素的阻塞队列。 
  • LinkedTransferQueue:一个由链表结构组成的无界阻塞队列。 
  • LinkedBlockingDeque:一个由链表结构组成的双向阻塞队列。

主要关注两个 ArrayBlockingQueue LinkedBlockingQueue

ArrayBlockingQueu

主要参数:

/** 存储数据的数组 */
final Object[] items;

/**获取数据的索引,主要用于take,poll,peek,remove方法 */
int takeIndex;

/**添加数据的索引,主要用于 put, offer, or add 方法*/
int putIndex;

/** 队列元素的个数 */
int count;

/** 控制并非访问的锁 */
final ReentrantLock lock;

/**notEmpty条件对象,用于通知take方法队列已有元素,可执行获取操作 */
private final Condition notEmpty;

/**notFull条件对象,用于通知put方法队列未满,可执行添加操作 */
private final Condition notFull;

/** 迭代器 */
transient Itrs itrs = null;

public ArrayBlockingQueue(int capacity) { 
  this(capacity, false);//默认构造非公平锁的阻塞队列 
} 
public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair) { 
  if (capacity <= 0)  
    throw new IllegalArgumentException(); 
  this.items = new Object[capacity]; 
  lock = new ReentrantLock(fair);//初始化ReentrantLock重入锁,出队入队拥有这同一个锁 
  notEmpty = lock.newCondition;//初始化非空等待队列
  notFull = lock.newCondition;//初始化非满等待队列 
} 
public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair, Collecation<? extends E> c) { 
  this(capacity, fair); 
  final ReentrantLock lock = this.lock; 

    // 这个锁的操作并不是为了互斥操作,而是保证其可见性。
    // 假如线程1是实例化ArrayBlockingQueue对象,线程2是对实例化的ArrayBlockingQueue对象做入队操作
    // (当然要保证线程1和线程2的执行顺序),如果不对它进行加锁操作(加锁会保证其可见性,也就是写回主存)
    // 线程1的集合有可能只存在线程1维护的缓存中,并没有写回主存
    // 线程2中实例化的ArrayBlockingQueue维护的缓存以及主存中并没有集合存在
    // 此时就因为可见性造成数据不一致的情况,引发线程安全问题。 
  lock.lock(); // Lock only for visibility, not mutual exclusion

  try { 
    int i = 0; 
    try { 
      for (E e : c) { 
        checkNotNull(e); 
        item[i++] = e;//将集合添加进数组构成的队列中 
      } 
    } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException ex) { 
      throw new IllegalArgumentException(); 
    } 
    count = i;//队列中的实际数据数量 
    putIndex = (i == capacity) ? 0 : i; 
  } finally { 
    lock.unlock(); 
  } 
}

ArrayBlockingQueue内部通过数组对象items来存储所有的数据并通过一个ReentrantLock来同时控制添加线程与移除线程的并发访问。

notEmpty条件对象用于存放等待或唤醒调用take方法的线程,告诉他们队列已有元素,可以执行获取操作。

notFull条件对象是用于等待或唤醒调用put方法的线程,告诉它们,队列未满,可以执行添加元素的操作。

takeIndex代表的是下一个方法(take,poll,peek,remove)被调用时获取数组元素的索引。

putIndex则代表下一个方法(put, offer, or add)被调用时元素添加到数组中的索引。

添加元素时阻塞

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

public boolean offer(E e) {
     checkNotNull(e);//检查元素是否为null
     final ReentrantLock lock = this.lock;
     lock.lock();//加锁
     try {
         if (count == items.length)//判断队列是否满
             return false;
         else {
             enqueue(e);//添加元素到队列
             return true;
         }
     } finally {
         lock.unlock(); // 释放锁
     }
 }

//入队操作
private void enqueue(E x) {
    //获取当前数组
    final Object[] items = this.items;
    //通过putIndex索引对数组进行赋值
    items[putIndex] = x;
    //索引自增,如果已是最后一个位置,重新设置 putIndex = 0;
    if (++putIndex == items.length)
        putIndex = 0;
    count++;//队列中元素数量加1
    //唤醒调用take()方法的线程,执行元素获取操作。
    notEmpty.signal();
}

enqueue方法内部通过putIndex索引直接将元素添加到数组items中。

这里需要注意的是当putIndex索引大小等于数组长度时,需要将putIndex重新设置为0。这是因为当前队列执行元素获取时总是从队列头部获取,而添加元素是从队列尾部添加。所以当队列索引(从0开始)与数组长度相等时,需要从数组头部开始添加。

//put方法,阻塞时可中断
public void put(E e) throws InterruptedException {
   checkNotNull(e);
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lockInterruptibly();//该方法可中断
    try {
        //当队列元素个数与数组长度相等时,无法添加元素
        while (count == items.length)
            //将当前调用线程挂起,添加到notFull条件队列中等待唤醒
            notFull.await();
        enqueue(e);//如果队列没有满直接添加。。
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

 put方法是一个阻塞的方法,如果队列元素已满,那么当前线程将会被notFull条件对象挂起加到等待队列中,直到队列有空档才会唤醒执行添加操作。

但如果队列没有满,那么就直接调用enqueue(e)方法将元素加入到数组队列中。

移除元素时阻塞

移除元素有这些方法:poll、remove、take

poll方法获取并移除此队列的头元素,若队列为空,则返回 null

public E poll() {
	final ReentrantLock lock = this.lock;
	lock.lock();
	try {
	   //判断队列是否为null,不为null执行dequeue()方法,否则返回null
	   return (count == 0) ? null : dequeue();
	} finally {
	   lock.unlock();
	}
}
//删除队列头元素并返回
private E dequeue() {
	//拿到当前数组的数据
	final Object[] items = this.items;
	@SuppressWarnings("unchecked")
	//获取要删除的对象
	E x = (E) items[takeIndex];
	将数组中takeIndex索引位置设置为null
	items[takeIndex] = null;
	//takeIndex索引加1并判断是否与数组长度相等,
	//如果相等说明已到尽头,恢复为0
	if (++takeIndex == items.length)
	  takeIndex = 0;
	count--;//队列个数减1
	if (itrs != null)
	  itrs.elementDequeued();//同时更新迭代器中的元素数据
	//删除了元素说明队列有空位,唤醒notFull条件对象添加线程,执行添加操作
	notFull.signal();
	return x;
}

remove(Object o)方法的删除过程相对复杂些,因为该方法并不是直接从队列头部删除元素。

首先线程先获取锁,接着判断队列count>0,这点是保证并发情况下删除操作安全执行。

接下来获取下一个要添加源的索引putIndex以及takeIndex索引 ,作为后续循环的结束判断,因为只要putIndex与takeIndex不相等就说明队列没有结束。

然后通过while循环找到要删除的元素索引,执行removeAt(i)方法删除。

在removeAt(i)方法中实际上做了两件事:

  1. 判断队列头部元素是否为删除元素,如果是直接删除,并唤醒添加线程。
  2. 如果要删除的元素并不是队列头元素,那么执行循环操作,从要删除元素的索引removeIndex之后的元素都往前移动一个位置,那么要删除的元素就被removeIndex之后的元素替换,从而也就完成了删除操作。
public boolean remove(Object o) {
    if (o == null) return false;
    //获取数组数据
    final Object[] items = this.items;
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lock();//加锁
    try {
        //如果此时队列不为null,这里是为了防止并发情况
        if (count > 0) {
            //获取下一个要添加元素时的索引
            final int putIndex = this.putIndex;
            //获取当前要被删除元素的索引
            int i = takeIndex;
            //执行循环查找要删除的元素
            do {
                //找到要删除的元素
                if (o.equals(items[i])) {
                    removeAt(i);//执行删除
                    return true;//删除成功返回true
                }
                //当前删除索引执行加1后判断是否与数组长度相等
                //若为true,说明索引已到数组尽头,将i设置为0
                if (++i == items.length)
                    i = 0; 
            } while (i != putIndex);//继承查找
        }
        return false;
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

//根据索引删除元素,实际上是把删除索引之后的元素往前移动一个位置
void removeAt(final int removeIndex) {

	final Object[] items = this.items;
	//先判断要删除的元素是否为当前队列头元素
	if (removeIndex == takeIndex) {
	  //如果是直接删除
	  items[takeIndex] = null;
	  //当前队列头元素加1并判断是否与数组长度相等,若为true设置为0
	  if (++takeIndex == items.length)
		  takeIndex = 0;
	  count--;//队列元素减1
	  if (itrs != null)
		  itrs.elementDequeued();//更新迭代器中的数据
	} else {
	//如果要删除的元素不在队列头部,
	//那么只需循环迭代把删除元素后面的所有元素往前移动一个位置
	  //获取下一个要被添加的元素的索引,作为循环判断结束条件
	  final int putIndex = this.putIndex;
	  //执行循环
	  for (int i = removeIndex;;) {
		  //获取要删除节点索引的下一个索引
		  int next = i + 1;
		  //判断是否已为数组长度,如果是从数组头部(索引为0)开始找
		  if (next == items.length)
			  next = 0;
		   //如果查找的索引不等于要添加元素的索引,说明元素可以再移动
		  if (next != putIndex) {
			  items[i] = items[next];//把后一个元素前移覆盖要删除的元
			  i = next;
		  } else {
		  //在removeIndex索引之后的元素都往前移动完毕后清空最后一个元素
			  items[i] = null;
			  this.putIndex = i;
			  break;//结束循环
		  }
	  }
	  count--;//队列元素减1
	  if (itrs != null)
		  itrs.removedAt(removeIndex);//更新迭代器数据
	}
	notFull.signal();//唤醒添加线程
}

take方法其实很简单,有就删除没有就阻塞,只不过这个阻塞是可以中断的,如果队列没有数据那么就加入notEmpty条件队列等待(有数据就直接取走,方法结束),如果有新的put线程添加了数据,那么put操作将会唤醒take线程,执行take操作。

//从队列头部删除,队列没有元素就阻塞,可中断
public E take() throws InterruptedException {
	final ReentrantLock lock = this.lock;
	lock.lockInterruptibly();//中断
	try {
	  //如果队列没有元素
	  while (count == 0)
		  //执行阻塞操作
		  notEmpty.await();
	  return dequeue();//如果队列有元素执行删除操作
	} finally {
	  lock.unlock();
	}
}

peek方法直接返回当前队列的头元素但不删除任何元素。

public E peek() {
	final ReentrantLock lock = this.lock;
	lock.lock();
	try {
	//直接返回当前队列的头元素,但不删除
	  return itemAt(takeIndex); // null when queue is empty
	} finally {
	  lock.unlock();
	}
}

final E itemAt(int i) {
	return (E) items[i];
}

LinkedBlockingQueue

LinkedBlockingQueue是一个基于链表的阻塞队列,其内部维持一个基于链表的数据队列,使用两把锁(takeLock,putLock)允许读写并行,remove和iterator时需要同时获取两把锁。

LinkedBlockingQueue默认为无界队列,即大小为Integer.MAX_VALUE,如果消费者速度慢于生产者速度,可能造成内存空间不足,建议手动设置队列大小。

public class LinkedBlockingQueue<E> extends AbstractQueue<E>
        implements BlockingQueue<E>, java.io.Serializable {

    /**
     * 节点类,用于存储数据
     */
    static class Node<E> {
        E item;
        Node<E> next;
        Node(E x) { item = x; }
    }

    /** 阻塞队列的大小,默认为Integer.MAX_VALUE */
    private final int capacity;

    /** 当前阻塞队列中的元素个数 */
    private final AtomicInteger count = new AtomicInteger();

    /** 阻塞队列的头结点 */
    transient Node<E> head;

    /** 阻塞队列的尾节点 */
    private transient Node<E> last;

    /** 获取并移除元素时使用的锁,如take, poll, etc */
    private final ReentrantLock takeLock = new ReentrantLock();

    /** notEmpty条件对象,当队列没有数据时用于挂起执行删除的线程 */
    private final Condition notEmpty = takeLock.newCondition();

    /** 添加元素时使用的锁如 put, offer, etc */
    private final ReentrantLock putLock = new ReentrantLock();

    /** notFull条件对象,当队列数据已满时用于挂起执行添加的线程 */
    private final Condition notFull = putLock.newCondition();

}

每次插入操作都将动态构造Linked nodes。

每个添加到LinkedBlockingQueue队列中的数据都将被封装成Node节点,添加的链表队列中,其中head和last分别指向队列的头结点和尾结点。

与ArrayBlockingQueue不同的是,LinkedBlockingQueue内部分别使用了takeLock 和 putLock 对并发进行控制,也就是说,添加和删除操作并不是互斥操作,可以同时进行,这样也就可以大大提高吞吐量。

构造函数

  • LinkedBlockingQueue():初始化容量为Integer.MAX_VALUE的队列;
  • LinkedBlockingQueue(int capacity):指定队列容量并初始化头尾节点
  • LinkedBlockingQueue(Collection<? extends E> c):初始化一个容量为Integer.MAX_VALUE且包含集合c所有元素的队列,且阻塞队列的迭代顺序同集合c。若集合c元素包含null,将throwNullPointerException;若集合c元素个数达到Integer.MAX_VALUE,将throwIllegalStateException("Queue full")。
// 将node链接到队列尾部
private void enqueue(Node<E> node) { // 入队
    // assert putLock.isHeldByCurrentThread();
    // assert last.next == null;
    last = last.next = node; // 等价于last.next = node;last = last.next(即node)
}
public LinkedBlockingQueue(Collection<? extends E> c) {
        this(Integer.MAX_VALUE);
    final ReentrantLock putLock = this.putLock;
    putLock.lock(); // Never contended(竞争), but necessary for visibility(可见性)
    try {
        int n = 0;
        for (E e : c) {
            if (e == null)
                throw new NullPointerException();
            if (n == capacity)
                throw new IllegalStateException("Queue full");
            enqueue(new Node<E>(e)); // 执行last = last.next = node;
            ++n;
        }
        count.set(n); // 设置队列元素个数
    } finally {
        putLock.unlock();
    }
}

添加元素阻塞

添加元素主要有这几个方法add、offer、put

public boolean add(E e) {
     if (offer(e))
         return true;
     else
         throw new IllegalStateException("Queue full");
}
public boolean offer(E e) {
	//添加元素为null直接抛出异常
	if (e == null) throw new NullPointerException();
	//获取队列的个数
	final AtomicInteger count = this.count;
	//判断队列是否已满
	if (count.get() == capacity)
	  return false;
	int c = -1;
	//构建节点
	Node<E> node = new Node<E>(e);
	final ReentrantLock putLock = this.putLock;
	putLock.lock();
	try {
	  //再次判断队列是否已满,考虑并发情况
	  if (count.get() < capacity) {
		  enqueue(node);//添加元素
		  c = count.getAndIncrement();//拿到当前未添加新元素时的队列长度
		  //如果容量还没满
		  if (c + 1 < capacity)
			  notFull.signal();//唤醒下一个添加线程,执行添加操作
	  }
	} finally {
	  putLock.unlock();
	}
	// 由于存在添加锁和消费锁,而消费锁和添加锁都会持续唤醒等到线程,因此count肯定会变化。
	//这里的if条件表示如果队列中还有1条数据
	if (c == 0) 
	signalNotEmpty();//如果还存在数据那么就唤醒消费锁
	return c >= 0; // 添加成功返回true,否则返回false
}

//入队操作
private void enqueue(Node<E> node) {
	//队列尾节点指向新的node节点
	last = last.next = node;
}

//signalNotEmpty方法
private void signalNotEmpty() {
	final ReentrantLock takeLock = this.takeLock;
	takeLock.lock();
	  //唤醒获取并删除元素的线程
	  notEmpty.signal();
	} finally {
	  takeLock.unlock();
	}
}

这里的Offer()方法做了两件事

  1. 判断队列是否满,满了就直接释放锁,没满就将节点封装成Node入队,然后再次判断队列添加完成后是否已满,不满就继续唤醒等到在条件对象notFull上的添加线程。
  2. 判断是否需要唤醒等到在notEmpty条件对象上的消费线程。

为什么添加完成后是继续唤醒在条件对象notFull上的添加线程而不是像ArrayBlockingQueue那样直接唤醒notEmpty条件对象上的消费线程?为什么要当if (c == 0)时才去唤醒消费线程呢?

第一个疑问:在添加新元素完成后,会判断队列是否已满,不满就继续唤醒在条件对象notFull上的添加线程,这点与前面分析的ArrayBlockingQueue很不相同,在ArrayBlockingQueue内部完成添加操作后,会直接唤醒消费线程对元素进行获取,这是因为ArrayBlockingQueue只用了一个ReenterLock同时对添加线程和消费线程进行控制,这样如果在添加完成后再次唤醒添加线程的话,消费线程可能永远无法执行,而对于LinkedBlockingQueue来说就不一样了,其内部对添加线程和消费线程分别使用了各自的ReenterLock锁对并发进行控制,也就是说添加线程和消费线程是不会互斥的,所以添加锁只要管好自己的添加线程即可,添加线程自己直接唤醒自己的其他添加线程,如果没有等待的添加线程,直接结束了。如果有就直到队列元素已满才结束挂起,当然offer方法并不会挂起,而是直接结束,只有put方法才会当队列满时才执行挂起操作。注意消费线程的执行过程也是如此。这也是为什么LinkedBlockingQueue的吞吐量要相对大些的原因。

第二个疑问:消费线程一旦被唤醒是一直在消费的(前提是有数据),所以c值是一直在变化的,c值是添加完元素前队列的大小,此时c只可能是0或c>0,如果是c=0,那么说明之前消费线程已停止,条件对象上可能存在等待的消费线程,添加完数据后应该是c+1,那么有数据就直接唤醒等待消费线程,如果没有就结束啦,等待下一次的消费操作。如果c>0那么消费线程就不会被唤醒,只能等待下一个消费操作(poll、take、remove)的调用,那为什么不是条件c>0才去唤醒呢?我们要明白的是消费线程一旦被唤醒会和添加线程一样,一直不断唤醒其他消费线程,如果添加前c>0,那么很可能上一次调用的消费线程后,数据并没有被消费完,条件队列上也就不存在等待的消费线程了,所以c>0唤醒消费线程得意义不是很大,当然如果添加线程一直添加元素,那么一直c>0,消费线程执行的换就要等待下一次调用消费操作了(poll、take、remove)。

根据时间阻塞

//在指定时间内阻塞添加的方法,超时就结束
 public boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException {

	if (e == null) throw new NullPointerException();
	//将时间转换成纳秒
	long nanos = unit.toNanos(timeout);
	int c = -1;
	//获取锁
	final ReentrantLock putLock = this.putLock;
	//获取当前队列大小
	final AtomicInteger count = this.count;
	//锁中断(如果需要)
	putLock.lockInterruptibly();
	try {
		//判断队列是否满
		while (count.get() == capacity) {
			if (nanos <= 0)
				return false;
			//如果队列满根据阻塞的等待
			nanos = notFull.awaitNanos(nanos);
		}
		//队列没满直接入队
		enqueue(new Node<E>(e));
		c = count.getAndIncrement();
		//唤醒条件对象上等待的线程
		if (c + 1 < capacity)
			notFull.signal();
	} finally { 
		putLock.unlock();
	}
	//唤醒消费线程
	if (c == 0)
		signalNotEmpty();
	return true;
}

//CoditionObject(Codition的实现类)中的awaitNanos方法
 public final long awaitNanos(long nanosTimeout)
                throws InterruptedException {
	if (Thread.interrupted())
		throw new InterruptedException();
	//这里是将当前添加线程封装成NODE节点加入Condition的等待队列中
	//注意这里的NODE是AQS的内部类Node
	Node node = addConditionWaiter();
	//加入等待,那么就释放当前线程持有的锁
	int savedState = fullyRelease(node);
	//计算过期时间
	final long deadline = System.nanoTime() + nanosTimeout;
	int interruptMode = 0;

	while (!isOnSyncQueue(node)) {
		if (nanosTimeout <= 0L) {
			transferAfterCancelledWait(node);
			break;
		}
		//主要看这里!!由于是while 循环,这里会不断判断等待时间
		//nanosTimeout 是否超时
		//static final long spinForTimeoutThreshold = 1000L;
		if (nanosTimeout >= spinForTimeoutThreshold)
			LockSupport.parkNanos(this, nanosTimeout);//挂起线程
		if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)
			break;
		//重新计算剩余等待时间,while循环中继续判断下列公式
		//nanosTimeout >= spinForTimeoutThreshold
		nanosTimeout = deadline - System.nanoTime();
	}
	if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE)
		interruptMode = REINTERRUPT;
	if (node.nextWaiter != null)
		unlinkCancelledWaiters();
	if (interruptMode != 0)
		reportInterruptAfterWait(interruptMode);
	return deadline - System.nanoTime();
}

据传递进来的时间计算超时阻塞nanosTimeout,然后通过while循环中判断nanosTimeout >= spinForTimeoutThreshold 该公式是否成立,当其为true时则说明超时时间nanosTimeout 还未到期,再次计算nanosTimeout = deadline - System.nanoTime();即nanosTimeout ,持续判断,直到nanosTimeout 小于spinForTimeoutThreshold结束超时阻塞操作,方法也就结束。

这里的spinForTimeoutThreshold其实更像一个经验值,因为非常短的超时等待无法做到十分精确,因此采用了spinForTimeoutThreshold这样一个临界值。offer(E e, long timeout, TimeUnit unit)方法内部正是利用这样的Codition的超时等待awaitNanos方法实现添加方法的超时阻塞操作。同样对于poll(long timeout, TimeUnit unit)方法也是一样的道理。

移除元素阻塞

移除的方法主要有remove、poll、take

remove方法删除指定的对象。由于remove方法删除的数据的位置不确定,为了避免造成并非安全问题,所以需要同时对putLock和takeLock加锁。

public boolean remove(Object o) {
	if (o == null) return false;
	fullyLock();//同时对putLock和takeLock加锁
	try {
		//循环查找要删除的元素
		for (Node<E> trail = head, p = trail.next;
		  p != null;
		  trail = p, p = p.next) {
		 if (o.equals(p.item)) {//找到要删除的节点
			 unlink(p, trail);//直接删除
			 return true;
		 }
		}
		return false;
	} finally {
	 fullyUnlock();//解锁
	}
}

//两个同时加锁
void fullyLock() {
	putLock.lock();
	takeLock.lock();
}

void fullyUnlock() {
	takeLock.unlock();
	putLock.unlock();
}

poll方法比较简单,如果队列没有数据就返回null,如果队列有数据,那么就取出来,如果队列还有数据那么唤醒等待在条件对象notEmpty上的消费线程。然后判断if (c == capacity)为true就唤醒添加线程,这点与前面分析if(c==0)是一样的道理。因为只有可能队列满了,notFull条件对象上才可能存在等待的添加线程。

public E poll() {
	//获取当前队列的大小
	final AtomicInteger count = this.count;
	if (count.get() == 0)//如果没有元素直接返回null
		return null;
	E x = null;
	int c = -1;
	final ReentrantLock takeLock = this.takeLock;
	takeLock.lock();
	try {
		//判断队列是否有数据
		if (count.get() > 0) {
			//如果有,直接删除并获取该元素值
			x = dequeue();
			//当前队列大小减一
			c = count.getAndDecrement();
			//如果队列未空,继续唤醒等待在条件对象notEmpty上的消费线程
			if (c > 1)
				notEmpty.signal();
		}
	} finally {
		takeLock.unlock();
	}
	//判断c是否等于capacity,这是因为如果满说明NotFull条件对象上
	//可能存在等待的添加线程
	if (c == capacity)
		signalNotFull();
	return x;
}

private E dequeue() {
	Node<E> h = head;//获取头结点
	Node<E> first = h.next; 获取头结的下一个节点(要删除的节点)
	h.next = h; // help GC//自己next指向自己,即被删除
	head = first;//更新头结点
	E x = first.item;//获取删除节点的值
	first.item = null;//清空数据,因为first变成头结点是不能带数据的,这样也就删除队列的带数据的第一个节点
	return x;
}

take方法是一个可阻塞可中断的移除方法主要做了两件事

  1. 如果队列没有数据就挂起当前线程到 notEmpty条件对象的等待队列中一直等待,如果有数据就删除节点并返回数据项,同时唤醒后续消费线程
  2. 尝试唤醒条件对象notFull上等待队列中的添加线程。 

移除方法中只有take方法具备阻塞功能。remove方法是成功返回true失败返回false,poll方法成功返回被移除的值,失败或没数据返回null。

public E take() throws InterruptedException {
	E x;
	int c = -1;
	//获取当前队列大小
	final AtomicInteger count = this.count;
	final ReentrantLock takeLock = this.takeLock;
	takeLock.lockInterruptibly();//可中断
	try {
		//如果队列没有数据,挂机当前线程到条件对象的等待队列中
		while (count.get() == 0) {
			notEmpty.await();
		}
		//如果存在数据直接删除并返回该数据
		x = dequeue();
		c = count.getAndDecrement();//队列大小减1
		if (c > 1)
			notEmpty.signal();//还有数据就唤醒后续的消费线程
	} finally {
		takeLock.unlock();
	}
	//满足条件,唤醒条件对象上等待队列中的添加线程
	if (c == capacity)
		signalNotFull();
	return x;
}

lock 与 lockInterruptibly的区别

  • lock优先考虑获取锁,待获取锁成功后,才响应中断。
  • lockInterruptibly 优先考虑响应中断,而不是响应锁的普通获取或重入获取。

详细区别:

  • ReentrantLock.lockInterruptibly允许在等待时由其它线程调用等待线程的Thread.interrupt方法来中断等待线程的等待而直接返回,这时不用获取锁,而会抛出一个InterruptedException。
  • ReentrantLock.lock方法不允许Thread.interrupt中断,即使检测到Thread.isInterrupted,一样会继续尝试获取锁,失败则继续休眠。只是在最后获取锁成功后再把当前线程置为interrupted状态,然后再中断线程。

线程唤醒

对notEmpty和notFull的唤醒操作均使用的是signal()而不是signalAll()。

signalAll() 虽然能唤醒Condition上所有等待的线程,但却并不见得会节省资源,相反,唤醒操作会带来上下文切换,且会有锁的竞争。此外,由于此处获取的锁均是同一个(putLock或takeLock),同一时刻被锁的线程只有一个,也就无从谈起唤醒多个线程了。

LinkedBlockingQueue与ArrayBlockingQueue比较

  1. ArrayBlockingQueue底层基于数组,创建时必须指定队列大小,“有界”LinkedBlockingQueue“无界”,节点动态创建,节点出队后可被GC,故伸缩性较好;
  2. ArrayBlockingQueue入队和出队使用同一个lock(但数据读写操作已非常简洁),读取和写入操作无法并行,LinkedBlockingQueue使用双锁可并行读写,其吞吐量更高。
  3. ArrayBlockingQueue在插入或删除元素时直接放入数组指定位置(putIndex、takeIndex),不会产生或销毁任何额外的对象实例;而LinkedBlockingQueue则会生成一个额外的Node对象,在高效并发处理大量数据时,对GC的影响存在一定的区别。