1、对于ArrayBlockingQueue需要掌握以下几点

  • 创建
  • 入队(添加元素)
  • 出队(删除元素)

2、创建

  • public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair)
  • public ArrayBlockingQueue(int capacity)

使用方法:

  • Queue<String> abq = new ArrayBlockingQueue<String>(2);
  • Queue<String> abq = new ArrayBlockingQueue<String>(2,true);

通过使用方法,可以看出ArrayBlockingQueue支持ReentrantLock的公平锁模式与非公平锁模式,对于这两种模式,查看本文开头的文章即可。

源代码如下:

private final E[] items;//底层数据结构
private int takeIndex;//用来为下一个take/poll/remove的索引(出队)
private int putIndex;//用来为下一个put/offer/add的索引(入队)
private int count;//队列中元素的个数 /*
* Concurrency control uses the classic two-condition algorithm found in any
* textbook.
*/ /** Main lock guarding all access */
private final ReentrantLock lock;//锁
/** Condition for waiting takes */
private final Condition notEmpty;//等待出队的条件
/** Condition for waiting puts */
private final Condition notFull;//等待入队的条件

/**
* 创造一个队列,指定队列容量,指定模式
* @param fair
* true:先来的线程先操作
* false:顺序随机
*/
public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair) {
if (capacity <= 0)
throw new IllegalArgumentException();
this.items = (E[]) new Object[capacity];//初始化类变量数组items
lock = new ReentrantLock(fair);//初始化类变量锁lock
notEmpty = lock.newCondition();//初始化类变量notEmpty Condition
notFull = lock.newCondition();//初始化类变量notFull Condition
} /**
* 创造一个队列,指定队列容量,默认模式为非公平模式
* @param capacity <1会抛异常
*/
public ArrayBlockingQueue(int capacity) {
this(capacity, false);
}
  • ArrayBlockingQueue的组成:一个对象数组+1把锁ReentrantLock+2个条件Condition
  • 在查看源码的过程中,也要模仿带条件锁的使用,这个双条件锁模式是很经典的模式

3、入队

3.1、public boolean offer(E e)

原理:

  • 在队尾插入一个元素, 如果队列没满,立即返回true; 如果队列满了,立即返回false

使用方法:

  • abq.offer("hello1");

源代码:

/**
* 在队尾插入一个元素,
* 如果队列没满,立即返回true;
* 如果队列满了,立即返回false
* 注意:该方法通常优于add(),因为add()失败直接抛异常
*/
public boolean offer(E e) {
if (e == null)
throw new NullPointerException();
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
if (count == items.length)//数组满了
return false;
else {//数组没满
insert(e);//插入一个元素
return true;
}
} finally {
lock.unlock();
}
} private void insert(E x) {
items[putIndex] = x;//插入元素
putIndex = inc(putIndex);//putIndex+1
++count;//元素数量+1
/**
* 唤醒一个线程
* 如果有任意一个线程正在等待这个条件,那么选中其中的一个区唤醒。
* 在从等待状态被唤醒之前,被选中的线程必须重新获得锁
*/
notEmpty.signal();
} /**
* i+1,数组下标+1
*/
final int inc(int i) {
return (++i == items.length) ? 0 : i;
}
  • 在插入元素结束后,唤醒等待notEmpty条件(即获取元素)的线程,可以发现这类似于生产者-消费者模式

3.2、public boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException

原理:

  • 在队尾插入一个元素,,如果数组已满,则进入等待,直到出现以下三种情况:

    • 被唤醒
    • 等待时间超时
    • 当前线程被中断

使用方法:

try {
abq.offer("hello2",1000,TimeUnit.MILLISECONDS);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} /**
* 在队尾插入一个元素,
* 如果数组已满,则进入等待,直到出现以下三种情况:
* 1、被唤醒
* 2、等待时间超时
* 3、当前线程被中断
*/
public boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit)
throws InterruptedException { if (e == null)
throw new NullPointerException();
long nanos = unit.toNanos(timeout);//将超时时间转换为纳秒
final ReentrantLock lock = this.lock;
/*
* lockInterruptibly():
* 1、 在当前线程没有被中断的情况下获取锁。
* 2、如果获取成功,方法结束。
* 3、如果锁无法获取,当前线程被阻塞,直到下面情况发生:
* 1)当前线程(被唤醒后)成功获取锁
* 2)当前线程被其他线程中断
*
* lock()
* 获取锁,如果锁无法获取,当前线程被阻塞,直到锁可以获取并获取成功为止。
*/
lock.lockInterruptibly();//加可中断的锁
try {
for (;;) {
if (count != items.length) {//队列未满
insert(e);
return true;
}
if (nanos <= 0)//已超时
return false;
try {
/*
* 进行等待:
* 在这个过程中可能发生三件事:
* 1、被唤醒-->继续当前这个for(;;)循环
* 2、超时-->继续当前这个for(;;)循环
* 3、被中断-->之后直接执行catch部分的代码
*/
nanos = notFull.awaitNanos(nanos);//进行等待(在此过程中,时间会流失,在此过程中,线程也可能被唤醒)
} catch (InterruptedException ie) {//在等待的过程中线程被中断
notFull.signal(); // 唤醒其他未被中断的线程
throw ie;
}
}
} finally {
lock.unlock();
}
}
  • awaitNanos(nanos)是AQS中的一个方法,这里就不详细说了,有兴趣的自己去查看AQS的源代码。
  • lockInterruptibly()与lock()的区别见注释

3.3、public void put(E e) throws InterruptedException

原理:

  • 在队尾插入一个元素,如果队列满了,一直阻塞,直到数组不满了或者线程被中断
try {
abq.put("hello1");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} /**
* 在队尾插入一个元素
* 如果队列满了,一直阻塞,直到数组不满了或者线程被中断
*/
public void put(E e) throws InterruptedException {
if (e == null)
throw new NullPointerException();
final E[] items = this.items;
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lockInterruptibly();
try {
try {
while (count == items.length)//队列满了,一直阻塞在这里
/*
* 一直等待条件notFull,即被其他线程唤醒
* (唤醒其实就是,有线程将一个元素出队了,然后调用notFull.signal()唤醒其他等待这个条件的线程,同时队列也不慢了)
*/
notFull.await();
} catch (InterruptedException ie) {//如果被中断
notFull.signal(); // 唤醒其他等待该条件(notFull,即入队)的线程
throw ie;
}
insert(e);
} finally {
lock.unlock();
}
}

4、出队

4.1、public E poll()

原理:

  • 如果没有元素,直接返回null;如果有元素,将队头元素置null,但是要注意队头是随时变化的,并非一直是items[0]。

使用方法:

abq.poll();

源代码:

/**
* 出队
*/
public E poll() {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
if (count == 0)//如果没有元素,直接返回null,而非抛出异常
return null;
E x = extract();
return x;
} finally {
lock.unlock();
}
} /**
* 出队
*/
private E extract() {
final E[] items = this.items;
E x = items[takeIndex];//获取出队元素
items[takeIndex] = null;//将出队元素位置置空
/*
* 第一次出队的元素takeIndex==0,第二次出队的元素takeIndex==1
* (注意:这里出队之后,并没有将后面的数组元素向前移)
*/
takeIndex = inc(takeIndex);
--count;//数组元素个数-1
notFull.signal();//数组已经不满了,唤醒其他等待notFull条件的线程
return x;//返回出队的元素
}

  

4.2、public E poll(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException

原理:

  • 从对头删除一个元素,如果数组不空,出队;如果数组已空且已经超时,返回null;如果数组已空且时间未超时,则进入等待,直到出现以下三种情况:

    • 被唤醒
    • 等待时间超时
    • 当前线程被中断

使用方法:

 try {
abq.poll(1000, TimeUnit.MILLISECONDS);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} /**
* 从对头删除一个元素,
* 如果数组不空,出队;
* 如果数组已空,判断时间是否超时,如果已经超时,返回null
* 如果数组已空且时间未超时,则进入等待,直到出现以下三种情况:
* 1、被唤醒
* 2、等待时间超时
* 3、当前线程被中断
*/
public E poll(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
long nanos = unit.toNanos(timeout);//将时间转换为纳秒
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lockInterruptibly();
try {
for (;;) {
if (count != 0) {//数组不空
E x = extract();//出队
return x;
}
if (nanos <= 0)//时间超时
return null;
try {
/*
* 进行等待:
* 在这个过程中可能发生三件事:
* 1、被唤醒-->继续当前这个for(;;)循环
* 2、超时-->继续当前这个for(;;)循环
* 3、被中断-->之后直接执行catch部分的代码
*/
nanos = notEmpty.awaitNanos(nanos);
} catch (InterruptedException ie) {
notEmpty.signal(); // propagate to non-interrupted thread
throw ie;
} }
} finally {
lock.unlock();
}
}

4.3、public E take() throws InterruptedException

原理:

  • 将队头元素出队,如果队列空了,一直阻塞,直到数组不为空或者线程被中断

使用方法:

try {
abq.take();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} /**
* 将队头元素出队
* 如果队列空了,一直阻塞,直到数组不为空或者线程被中断
*/
public E take() throws InterruptedException {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lockInterruptibly();
try {
try {
while (count == 0)//如果数组为空,一直阻塞在这里
/*
* 一直等待条件notEmpty,即被其他线程唤醒
* (唤醒其实就是,有线程将一个元素入队了,然后调用notEmpty.signal()唤醒其他等待这个条件的线程,同时队列也不空了)
*/
notEmpty.await();
} catch (InterruptedException ie) {
notEmpty.signal(); // propagate to non-interrupted thread
throw ie;
}
E x = extract();
return x;
} finally {
lock.unlock();
}
}

总结:

1、具体入队与出队的原理图:这里只说一种情况,见下图,途中深色部分表示已有元素,浅色部分没有元素。

上面这种情况是怎么形成的呢?当队列满了,这时候,队头元素为items[0]出队了,就形成上边的这种情况。

假设现在又要出队了,则现在的队头元素是items[1],出队后就形成下面的情形。

出队后,对头元素就是items[2]了,假设现在有一个元素将要入队,根据inc方法,我们可以得知,他要插入到items[0]去,入队了形成下图:

以上就是整个入队出队的流程,inc方法上边已经给出,这里再贴一遍:

 

2、三种入队对比:

  • offer(E e):如果队列没满,立即返回true; 如果队列满了,立即返回false-->不阻塞
  • put(E e):如果队列满了,一直阻塞,直到数组不满了或者线程被中断-->阻塞
  • offer(E e, long timeout, TimeUnit unit):在队尾插入一个元素,,如果数组已满,则进入等待,直到出现以下三种情况:-->阻塞
    • 被唤醒
    • 等待时间超时
    • 当前线程被中断

3、三种出对对比:

  • poll():如果没有元素,直接返回null;如果有元素,出队
  • take():如果队列空了,一直阻塞,直到数组不为空或者线程被中断-->阻塞
  • poll(long timeout, TimeUnit unit):如果数组不空,出队;如果数组已空且已经超时,返回null;如果数组已空且时间未超时,则进入等待,直到出现以下三种情况:
    • 被唤醒
    • 等待时间超时
    • 当前线程被中断

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