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作者:chenssy
ArrayBlockingQueue,一个由数组实现的有界阻塞队列。该队列采用FIFO的原则对元素进行排序添加的。 ArrayBlockingQueue为有界且固定,其大小在构造时由构造函数来决定,确认之后就不能再改变了。ArrayBlockingQueue支持对等待的生产者线程和使用者线程进行排序的可选公平策略,但是在默认情况下不保证线程公平的访问,在构造时可以选择公平策略(fair = true)。公平性通常会降低吞吐量,但是减少了可变性和避免了“不平衡性”。
ArrayBlockingQueue
先看ArrayBlockingQueue的定义:
public class ArrayBlockingQueue<E> extends AbstractQueue<E> implements BlockingQueue<E>, Serializable { private static final long serialVersionUID = -817911632652898426L; final Object[] items; int takeIndex; int putIndex; int count; // 重入锁 final ReentrantLock lock; // notEmpty condition private final Condition notEmpty; // notFull condition private final Condition notFull; transient ArrayBlockingQueue.Itrs itrs; }
可以清楚地看到ArrayBlockingQueue继承AbstractQueue,实现BlockingQueue接口。看过java.util包源码的同学应该都认识AbstractQueue,改类在Queue接口中扮演着非常重要的作用,该类提供了对queue操作的骨干实现(具体内容移驾其源码)。BlockingQueue继承java.util.Queue为阻塞队列的核心接口,提供了在多线程环境下的出列、入列操作,作为使用者,则不需要关心队列在什么时候阻塞线程,什么时候唤醒线程,所有一切均由BlockingQueue来完成。 ArrayBlockingQueue内部使用可重入锁ReentrantLock + Condition来完成多线程环境的并发操作。
- items,一个定长数组,维护ArrayBlockingQueue的元素
- takeIndex,int,为ArrayBlockingQueue对首位置
- putIndex,int,ArrayBlockingQueue对尾位置
- count,元素个数
- lock,锁,ArrayBlockingQueue出列入列都必须获取该锁,两个步骤公用一个锁
- notEmpty,出列条件
- notFull,入列条件
入队
ArrayBlockingQueue提供了诸多方法,可以将元素加入队列尾部。
- add(E e) :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),在成功时返回 true,如果此队列已满,则抛出 IllegalStateException
- offer(E e) :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),在成功时返回 true,如果此队列已满,则返回 false
- offer(E e, long timeout, TimeUnit unit) :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
- put(E e) :将指定的元素插入此队列的尾部,如果该队列已满,则等待可用的空间
方法较多,我们就分析一个方法:add(E e):
public boolean add(E e) { return super.add(e); } public boolean add(E e) { if (offer(e)) return true; else throw new IllegalStateException("Queue full"); }
add方法调用offer(E e),如果返回false,则直接抛出IllegalStateException异常。offer(E e)为ArrayBlockingQueue实现:
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(); } }
方法首先检查是否为null,然后获取lock锁。获取锁成功后,如果队列已满则直接返回false,否则调用enqueue(E e),enqueue(E e)为入列的核心方法,所有入列的方法最终都将调用该方法在队列尾部插入元素:
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) putIndex = 0; count++; notEmpty.signal(); }
该方法就是在putIndex(对尾)为知处添加元素,最后使用notEmpty的signal()方法通知阻塞在出列的线程(如果队列为空,则进行出列操作是会阻塞)。
出队
ArrayBlockingQueue提供的出队方法如下:
- poll() :获取并移除此队列的头,如果此队列为空,则返回 null
- poll(long timeout, TimeUnit unit) :获取并移除此队列的头部,在指定的等待时间前等待可用的元素(如果有必要)
- remove(Object o) :从此队列中移除指定元素的单个实例(如果存在)
- take() :获取并移除此队列的头部,在元素变得可用之前一直等待(如果有必要)
poll() public E poll() { final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lock(); try { return (count == 0) ? null : dequeue(); } finally { lock.unlock(); } }
如果队列为空返回null,否则调用dequeue()获取列头元素:
private E dequeue() { final Object[] items = this.items; E x = (E) items[takeIndex]; items[takeIndex] = null; if (++takeIndex == items.length) takeIndex = 0; count--; if (itrs != null) itrs.elementDequeued(); notFull.signal(); return x; } 该方法主要是从列头(takeIndex 位置)取出元素,同时如果迭代器itrs不为null,则需要维护下该迭代器。最后调用notFull.signal()唤醒入列线程。 take() public E take() throws InterruptedException { final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lockInterruptibly(); try { while (count == 0) notEmpty.await(); return dequeue(); } finally { lock.unlock(); } }
take()与poll()存在一个区别就是count == 0 时的处理,poll()直接返回null,而take()则是在notEmpty上面等待直到被入列的线程唤醒。