一行一行读Java源码——LinkedBlockingQueue

1、LinkedBlockingQueue概述

　　Linked:链表+Blocking:阻塞+Queue:队列

　　Queue：首先想到的是FIFO

　　Linked:,Queue:其结构本质上是线性表，可以有链表和顺序表实现

　　LinkedBlockingQueue就是链表实现

　　ArrayBlockingQueue就是顺序表实现，因为Queue只在尾部操作，所以操作顺序表和链表的时间复杂度是一样的，但顺序表的实现占用更小的空间，因为不需要指针域，但是空间必须是连续的。而链表不需要连续的空间，但需要next来指向下一个结点

　　

　　Blocking：阻塞，LinkedBlockingQueue是线程安全的，当队列满以后，所有的入队操作都会被阻塞，当队列空的时候，所有的出队都将被阻塞。队列初始化时我们可以初始化长度Capacity.如果没有指定长度，默认是Integer.Max_Value.显然Capacity是一个不可改变的值

　　

2、LinkedBlockingQueue源码详解

　　如果要看懂LinkedBlockingQueue的源码必须连接Wai/Notify以及AbstractQueuedSychronizer（AQS）,个人认为并发编程必须要掌握的三个知识。等待通知机制、CAS、AQS

　　2.1 Head和Last分别表示队列的头尾，可快速定位take和put操作位置。注意头结点head和首结点First的区别

　　

　　2.2 Count表示当前队列中元素的个数，其使用并发包下面的AtomicInteger类来实现原子操作，该类的核心操作还是CAS, AtomicInteger对于队列的线程安全有着至关重要的作用，因为接下来要看take和put是两个相对独立的锁

　　2.3、有兴趣的话可以看看ArrayBlockingQueue，其中只使用了一个锁来保证线程安全，所以它的Count没有使用AtomicInteger，而是一个int类型

　　

　　2.3、锁与条件

　　　　TakeLock和PutLock分别定义了take和put操作的锁

　　　　take操作的条件是notEmpty,所以在执行take操作的时候，要先判断当前队列是否还有元素可以take.如果没有那么就要执行notEmpty.await()方法让take线程阻塞

　　　　put操作的条件是notFull，所以在执行put操作的时候，会先判断当前队列是否还有空间可以put操作。如果没有空间那么put制作执行notFull.await()方法

　　 　 成功take以后，会判断take之前队列是不是满的，如果是可能会有put线程被阻塞了，所以会调用singnalNotFull()方法去唤醒那些阻塞的put线程

　　      成功put以后会判断在put之前队列是不是空的，如果是，说明可能会有take线程是阻塞的，所以会调用SignalNotEmpty()去唤醒那些take线程

　　     前两部设计的相当好，先判断Empty或Full,然后再去调用唤醒方法。避免无谓的唤醒操作

　　　　

　　2.4：LinkedBlockingQueue构造方法

　　

　　put操作

　　1、在尾部插入一个指定的元素e,如果没有空间，线程将会等待

　   2、e不允许为空，该队列不存储null元素，否则抛出NullPointException()异常

　　3、局部变量c初始值是-1，其存储当前队列的元素个数，准确的说是put之前的操作个数，因为c=count.getAndIncrent(),而getAndIncrentment()返回的是previous()值（c的值很重要，不然无法理解唤醒的操作）　

　　4、putLock.Interruptily()获取锁

　　5、如果count.get()==Capacity.说明队列已经没有剩余空间了，那么条件为NotFull的操作，put操作线程要执行语句notFull.await()进入等待。否则正常入队

　　6、正常入队后，count+1,c获取的是入队前的值（这点需要注意）

　　7、c+1 < capacity,表示当前队列的个数小于capacity,那么就可以唤醒一下那些条件为not Empty的put操作线程（当日此时不一定有等待线程）

　　8、如果c==0,即put之前队列是空的，那么就有可能take操作线程在等待，所以执行signalNotEmpty(),该方法先获取take锁，然后唤醒等待take线程来take

　　

　　1、|take和put原理上是相同的，take是从first节点开始出队，注意区分head；如果队列中没有节点，那么take线程就需要等待

　　2、局部变量c初始值为-1，其存储当前队列的元素个数，准确地说是take操作之前的元素个数

　　3、takeLock.lockInterruptibly() 获取take lock

　　4、count.get() == 0，如果当前队列中没有元素，那么条件为not Empty 的take操作线程将要等待；否则正常出队

　　5、c > 1 表示take以前队列中至少是有2个元素，那么可以唤醒其它在等待的take线程，操作为notEmpty.signal()

　　6、c == capacity 表示take操作前队列是满的，那么就有可能有put线程在等待着，因此执行signalNotFull()，该方法首先获取put锁，然后唤醒那些可能在等待的put线程

　　

　　1、重载的两个offer方法本质上也是put操作，但在操作上略有不同。

　　2、一个offer方法提供了线程等待时间，其先进入条件的等待队列等待

　　3、另一个offer方法是能入队就入队，不能就返回false，不等了

　　4、这两种offer方法可根据实际需要来适当选择

poll与peek

　　1、两个poll方法也是take的改版，一个是超时等待，一个干脆就不等了，有就取，没有就算了。两种方法可在实际应用中按需选用

　　2、peek方法和take方法不同的是没有出队，只是"看看"首元素first.item

总结

　　1、LinkedBlockingQueue体现了生产者/消费者模型，借助wait/notify机制，可实现take、put操作线程的等待与唤醒

　　2、AtomicInteger类型的count（队列中当前元素个数）以及双锁机制（take和put锁）共同使得LinkedBlockingQueue是线程安全的。实现方式值得学习和体会

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