LinkedBlockingDeque 源码分析
LinkedBlockingDeque
LinkedBlockingDeque 能解决什么问题？什么时候使用 LinkedBlockingDeque?
1）LinkedBlockingDeque 是基于双向链表实现的，可以选择有界或无界的双端阻塞队列。
2）LinkedBlockingDeque 使用相同的互斥锁来保证线程安全性，读写操作性能低于 LinkedBlockingQueue。
如何使用 LinkedBlockingDeque?
1）并发场景下，需要作为双端队列使用时，如果只是作为 FIFO 队列使用，则 LinkedBlockingQueue 的性能更高。
2）指定队列的容量，以避免生产速率远高于消费速率时资源耗尽的问题。
使用 LinkedBlockingDeque 有什么风险？
1）未指定容量的情况下，生产速率远高于消费速率时，会导致内存耗尽而 OOM。
2）高并发场景下，性能远低于 LinkedBlockingQueue。
3）由于需要维持前后节点的链接，内存消耗也高于 LinkedBlockingQueue。
LinkedBlockingDeque 核心操作的实现原理？
- 创建实例
/** 双向链表节点 */
static final class Node<E> {
/**
* 节点元素，如果节点已经被移除，则为 null
*/
E item;
/**
* One of:
* - the real predecessor Node
* - this Node, meaning the predecessor is tail
* - null, meaning there is no predecessor
*/
Node<E> prev;
/**
* One of:
* - the real successor Node
* - this Node, meaning the successor is head
* - null, meaning there is no successor
*/
Node<E> next;
Node(E x) {
item = x;
}
}
/**
* 头结点
* Invariant: (first == null && last == null) ||
* (first.prev == null && first.item != null)
*/
transient Node<E> first;
/**
* 尾节点
* Invariant: (first == null && last == null) ||
* (last.next == null && last.item != null)
*/
transient Node<E> last;
/** 双端队列中的元素总数 */
private transient int count;
/** 双端队列的容量 */
private final int capacity;
/** 控制访问的锁 */
final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
/** 队列为空时，用于阻塞执行 take 操作的线程的非空条件 */
private final Condition notEmpty = lock.newCondition();
/** 队列已满时，用于阻塞执行 put 操作的线程的非满条件 */
private final Condition notFull = lock.newCondition();
/**
* 创建一个容量为 Integer.MAX_VALUE 的双端阻塞队列
*/
public LinkedBlockingDeque() {
this(Integer.MAX_VALUE);
}
/**
* 创建一个容量为 capacity 的双端阻塞队列
*/
public LinkedBlockingDeque(int capacity) {
if (capacity <= 0) {
throw new IllegalArgumentException();
}
this.capacity = capacity;
}
- 将目标元素 e 添加到队列头部，如果队列已满，则阻塞等待有可用空间后重试
/**
* 将目标元素 e 添加到队列头部，如果队列已满，则阻塞等待有可用空间后重试
*/
public void putFirst(E e) throws InterruptedException {
if (e == null) {
throw new NullPointerException();
}
final Node<E> node = new Node<>(e);
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
// 尝试在头部添加元素
while (!linkFirst(node)) {
// 当前线程在非满条件上等待
notFull.await();
}
} finally {
lock.unlock();
}
}
private boolean linkFirst(Node<E> node) {
// 队列已满，则直接返回 false
if (count >= capacity) {
return false;
}
// 读取头节点
final Node<E> f = first;
// 将旧头结点链接到目标节点之后
node.next = f;
// 写入新头节点
first = node;
// 1）当前元素为第一个添加到队列中的元素
if (last == null) {
// 写入尾节点
last = node;
} else {
// 将旧头节点的前置节点设置为新头结点
f.prev = node;
}
// 递增计数
++count;
// 唤醒在非空条件上阻塞等待的线程来读取元素
notEmpty.signal();
return true;
}
- 如果队列已满，则直接返回 false，否则将目标元素 e 添加到队列头部
/**
* 如果队列已满，则直接返回 false，否则将目标元素 e 添加到队列头部
*/
@Override
public boolean offerFirst(E e) {
if (e == null) {
throw new NullPointerException();
}
final Node<E> node = new Node<>(e);
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
return linkFirst(node);
} finally {
lock.unlock();
}
}
- 在指定的超时时间内尝试将目标元素 e 添加到队列头部，成功则返回 true
/**
* 在指定的超时时间内尝试将目标元素 e 添加到队列头部，成功则返回 true
*/
@Override
public boolean offerFirst(E e, long timeout, TimeUnit unit)
throws InterruptedException {
if (e == null) {
throw new NullPointerException();
}
final Node<E> node = new Node<>(e);
long nanos = unit.toNanos(timeout);
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lockInterruptibly();
try {
// 头结点添加失败
while (!linkFirst(node)) {
// 已经超时则直接返回
if (nanos <= 0L) {
return false;
}
// 当前线程在非满条件上阻塞等待，唤醒后再次尝试添加
nanos = notFull.awaitNanos(nanos);
}
return true;
} finally {
lock.unlock();
}
}
- 将目标元素 e 添加到队列尾部，如果队列已满，则阻塞等待有可用空间后重试
/**
* 将目标元素 e 添加到队列尾部，如果队列已满，则阻塞等待有可用空间后重试
*/
@Override
public void putLast(E e) throws InterruptedException {
if (e == null) {
throw new NullPointerException();
}
final Node<E> node = new Node<>(e);
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
// 尝试将节点链接到队列尾部
while (!linkLast(node)) {
// 队列已满，当前线程在非满条件上阻塞等待，被唤醒后再次尝试
notFull.await();
}
} finally {
lock.unlock();
}
}
private boolean linkLast(Node<E> node) {
// 队列已满，则直接返回 false
if (count >= capacity) {
return false;
}
// 读取尾节点
final Node<E> l = last;
// 将目标节点链接到尾节点之后
node.prev = l;
// 写入尾节点为新增节点
last = node;
// 1）当前元素是第一个加入队列的元素
if (first == null) {
// 写入头结点
first = node;
} else {
// 将旧尾节点的后置节点更新为新增节点
l.next = node;
}
// 递增总数
++count;
// 唤醒在非空条件上等待的线程
notEmpty.signal();
return true;
}
- 如果队列已满，则直接返回 false，否则将目标元素 e 添加到队列尾部
/**
* 如果队列已满，则直接返回 false，否则将目标元素 e 添加到队列尾部
*/
@Override
public boolean offerLast(E e) {
if (e == null) {
throw new NullPointerException();
}
final Node<E> node = new Node<>(e);
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
return linkLast(node);
} finally {
lock.unlock();
}
}
- 在指定的超时时间内尝试将目标元素 e 添加到队列尾部，成功则返回 true
/**
* 在指定的超时时间内尝试将目标元素 e 添加到队列尾部，成功则返回 true
*/
@Override
public boolean offerLast(E e, long timeout, TimeUnit unit)
throws InterruptedException {
if (e == null) {
throw new NullPointerException();
}
final Node<E> node = new Node<>(e);
long nanos = unit.toNanos(timeout);
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lockInterruptibly();
try {
// 尝试将目标元素 e 添加到队列尾部
while (!linkLast(node)) {
// 已经超时则直接返回 false
if (nanos <= 0L) {
return false;
}
// 当前线程在非满条件上阻塞等待，被唤醒后再次尝试
nanos = notFull.awaitNanos(nanos);
}
return true;
} finally {
lock.unlock();
}
}
- 移除并返回头部节点，如果队列为空，则阻塞等待有可用元素之后重试
/**
* 移除并返回头部节点，如果队列为空，则阻塞等待有可用元素之后重试
* created by ZXD at 6 Dec 2018 T 21:00:25
* @return
* @throws InterruptedException
*/
@Override
public E takeFirst() throws InterruptedException {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
E x;
// 尝试移除并返回头部节点
while ( (x = unlinkFirst()) == null) {
// 队列为空，则阻塞等待有可用元素之后重试
notEmpty.await();
}
return x;
} finally {
lock.unlock();
}
}
- 移除并返回尾部节点，如果队列为空，则阻塞等待有可用元素之后重试
/**
* 移除并返回尾部节点，如果队列为空，则阻塞等待有可用元素之后重试
* created by ZXD at 6 Dec 2018 T 21:02:04
* @return
* @throws InterruptedException
*/
@Override
public E takeLast() throws InterruptedException {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
E x;
// 尝试移除并返回尾部节点
while ( (x = unlinkLast()) == null) {
// 队列为空，则阻塞等待有可用元素之后重试
notEmpty.await();
}
return x;
} finally {
lock.unlock();
}
}
- 如果队列为空，则立即返回 null，否则移除并返回头部元素
/**
* 如果队列为空，则立即返回 null，否则移除并返回头部元素
* created by ZXD at 6 Dec 2018 T 21:03:40
* @return
*/
@Override
public E pollFirst() {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
return unlinkFirst();
} finally {
lock.unlock();
}
}
- 如果队列为空，则立即返回 null，否则移除并返回尾部元素
/**
* 如果队列为空，则立即返回 null，否则移除并返回尾部元素
* created by ZXD at 6 Dec 2018 T 21:04:43
* @return
*/
@Override
public E pollLast() {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
return unlinkLast();
} finally {
lock.unlock();
}
}
- 在指定的超时时间内尝试移除并返回头部元素，如果已经超时，则返回 null
/**
* 在指定的超时时间内尝试移除并返回头部元素，如果已经超时，则返回 null
* created by ZXD at 6 Dec 2018 T 21:05:21
* @param timeout
* @param unit
* @return
* @throws InterruptedException
*/
@Override
public E pollFirst(long timeout, TimeUnit unit)
throws InterruptedException {
long nanos = unit.toNanos(timeout);
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lockInterruptibly();
try {
E x;
// 尝试移除并返回头部元素
while ( (x = unlinkFirst()) == null) {
// 已经超时则返回 null
if (nanos <= 0L) {
return null;
}
// 当前线程在非空条件上阻塞等待，被唤醒后进行重试
nanos = notEmpty.awaitNanos(nanos);
}
// 移除成功则直接返回头部元素
return x;
} finally {
lock.unlock();
}
}
- 在指定的超时时间内尝试移除并返回尾部元素，如果已经超时，则返回 null
/**
* created by ZXD at 6 Dec 2018 T 21:08:24
* @param timeout
* @param unit
* @return
* @throws InterruptedException
*/
@Override
public E pollLast(long timeout, TimeUnit unit)
throws InterruptedException {
long nanos = unit.toNanos(timeout);
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lockInterruptibly();
try {
E x;
// 尝试移除并返回尾部元素
while ( (x = unlinkLast()) == null) {
// 已经超时则返回 null
if (nanos <= 0L) {
return null;
}
// 当前线程在非空条件上阻塞等待，被唤醒后进行重试
nanos = notEmpty.awaitNanos(nanos);
}
// 移除成功则直接返回尾部元素
return x;
} finally {
lock.unlock();
}
}
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