11.并发包阻塞队列之LinkedBlockingQueue

jdk1.7.0_79 

　　在上文《10.并发包阻塞队列之ArrayBlockingQueue》中简要解析了ArrayBlockingQueue部分源码，在本文中同样要介绍的是Java并发包中的阻塞队列LinkedBlockingQueue。ArrayBlockingQueue队列是由数组实现，而LinkedBlockingQueue队列的实现则是链表（单向链表）实现，所以在LinkedBlockingQueue有一个Node内部类来表示链表的节点。 　

static final class Node<E> {
　　E item;//入队元素
　　Node<E> next;//指向后继节点
　　Node(E x) {
　　　　item = x;
　　}
} 

　　同样它也有3个构造方法，与ArrayBlockingQueue略有不同。

 public LinkedBlockingQueue() {
 　　this(Integer.MAX_VALUE)//默认构造容量为int型的最大值队列
 }
 public LinkedBlockingQueue(int capacity) {
 　　if (capacity <= o) throw new IllegalArgumentException();
 　　this.capacity = capacity;
 　　last = head = new Node<E>(null);//头指针和尾指针指向头节点（null）
 }
 public LinkedBlockingQueue(Collection<? extends E> c ) {
 　　this(Integer.MAX_VALUE);
 　　final ReentrantLock putLock = this.putLock;
 　　putLock.lock();//这里和ArrayBlockingQueue也会获取锁，但它同样不是为了互斥操作，同样也是为了保证其可见性。
 　　try {
    　　 int n = 0;
     　　for (E e : c) {
        　　 if (e == null)
           　　  throw new NullPointerException();
18　　         if (n == capacity)
   　　          throw new IllegalStateException("Queue full");
      　　   enqueue(new Node<E>(e));//入队
         　　++n;
     　　}
     　　count.set(n);
 　　} finally {
    　　 putLock.unlock();
 　　}
 } 

　　在第12行中获取锁是为了保证可见性，这个的原因我认为是，线程T1是实例化LinkedBlockingQueue对象，T2是对实例化的LinkedBlockingQueue对象做入队操作（当然要保证T1和T2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），T1的集合c有可能只存在T1线程维护的缓存中，并没有写回主存，T2中实例化的LinkedBlockingQueue维护的缓存以及主存中并没有集合c，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。 

　　在了解完LinkedBlockingQueue的构造方法后，我们回过头来看LinkedBlockingQueue的两个成员变量：

private final ReentrantLock takeLock = new ReentrantLock();
private final ReentrantLock putLock = new ReentrantLock(); 

　　可见LinkedBlockingQueue中有两个锁，一个是为了锁住入队操作，一个是为了锁住出队操作。而在ArrayBlockingQueue中则只有一个锁，同时锁住队列的入队、出队操作。

private final Condition notEmpty = takeLock.newCondition();
private final Condition notFull = putLock.newCondition(); 

　　这两个成员变量则是线程等待队列，一个是出队锁上的等待队列，一个是入队锁上的等待队列。在ArrayBlockingQueue也有两个等待队列，一个是非空等待队列，另一个则是非满等待队列，在这一点上两者一致。

队列元素的插入

	抛出异常	返回值（非阻塞）	一定时间内返回值	返回值（阻塞）
插入	add(e)//队列未满时，返回true；队列满则抛出IllegalStateException(“Queue full”)异常——AbstractQueue	offer(e)//队列未满时，返回true；队列满时返回false。非阻塞立即返回。	offer(e, time, unit)//设定等待的时间，如果在指定时间内还不能往队列中插入数据则返回false，插入成功返回true。	put(e)//队列未满时，直接插入没有返回值；队列满时会阻塞等待，一直等到队列未满时再插入。

　　LinkedBlockingQueue中并没有像ArrayBlockingQueue那样重写了AbstractQueue的add方法而直接调用父类的add方法，所以LinkedBlockingQueue#add方法与ArrayBlockingQueue#add一样，都是直接调用其AbstractQueue。

//AbstractQueue#add，这是一个模板方法，只定义add入队算法骨架，成功时返回true，失败时抛出IllegalStateException异常，具体offer实现交给子类实现。
public boolean add(E e) {
　　if (offer(e))//offer方法由Queue接口定义
　　　　return true;
　　else
　　　　throw new IllegalStateException();
} 

 //LinkedBlockingQueue#offer
 public boolean offer(E e) {
 　　if (e == null) throw new NullPointerException();
 　　final AtomicInteger count = this.count;//原子型int变量，线程安全，指向队列数据量引用
 　　if (count.get() == capacity) //当数据量等于队列容量时，无法入队，返回false
 　　　　return false;
 　　int c = -1;
 　　Node<E> node = new Node(e);
 　　final ReentrantLock putLock = this.putLock;//插入锁
 　　putLock.lock();//获得插入锁
 　　try {
 　　　　if (count.get() < capacity) {
 　　　　　　enqueuer(node);//入队
 　　　　　　c = count.getAndIncrement();//队列数据总数自增+1后返回
 　　　　　　if (c + 1 < capacity)
 　　　　　　　　notFull.signal();//唤醒非满等待队列上的线程
 　　　　}
 　　} finally {
 　　　　putLock.unlock();
 　　}
 　　if (c == 0)
 　　　　signalNotEmpty();//队列中刚好有一个数据，唤醒非空等待队列
 　　return c >= 0
 } 

　　在第10行是获取插入锁，和ArrayBlockingQueue只有一个锁不同的是，LinkedBlockingQueue分为入队锁和出队锁，也就是说对于ArrayBlockingQueue同时只能有一个线程对它进行入队或者出队操作，而对于LinkedBlockingQueue来说同时能有两个线程对队列进行入队或者出队操作。

　　前两个add和offer方法都是非阻塞的，对于put方法则是阻塞的，线程会一直阻塞直到线程非空或者非满，但是它在阻塞时能被线程中断返回。

//LinkedBlockingQueue#put
public void put(E e) throws InterruptedException {
　　if (e == null) throws new NullPointerException();
　　int c = -1;
　　Node<E> node = new Node(e);
　　final ReentrantLock putLock = this.putLock;
　　final AtomicInteger count = this.count;
　　putLock.lockInterrupted();//能被线程中断地获取锁
　　try {
　　　　while (count.get() == capacity) {//队列数据量等于队列容量
　　　　　　notFull.await();//休眠非满等待队列上的线程
　　　　}
　　　　enqueuer(node);//入队
　　　　c = count.getAndIncrement();//队列数据总数自增+1后返回
　　　　if (c + 1 < capacity)//还没有达到队列容量
　　　　　　notFull.signal();//唤醒非满等待队列上的线程
　　} finally {
　　　　putLock.unlock();
　　}
　　if (c == 0)
　　signalNotEmpty();//唤醒非空等待队列上的线程
} 

　　队列插入的最后一个方法来看上面出现的enqueue入队方法。

private void enqueuer(Node<E> node) {
　　last = last.next = node;//将LinkedBlockingQueue中指向队尾的last.next指向新加入的node节点
} 

队列元素的删除

抛出异常	返回值（非阻塞）	一定时间内返回值	返回值（阻塞）
remove()//队列不为空时，返回队首值并移除；队列为空时抛出NoSuchElementException()异常——AbstractQueue	poll()//队列不为空时返回队首值并移除；队列为空时返回null。非阻塞立即返回。	poll(time, unit)//设定等待的时间，如果在指定时间内队列还未孔则返回null，不为空则返回队首值	take(e)//队列不为空返回队首值并移除；当队列为空时会阻塞等待，一直等到队列不为空时再返回队首值。

//AbstractQueue#remove，同样这也是一个模板方法，定义删除队列元素的算法骨架，具体实现由子类来实现poll方法
public E remove() {
　　E x = poll();//poll方法由Queue接口定义
　　if (x != null)
　　　　return x;
　　else
　　　　throw new NoSuchElementException();
} 

//LinkedBlockingQueue#poll
public E poll() {
　　final AtomicInteger count = this.count;
　　if (count.get() == 0)
　　　　return null;
　　E x = null;
　　int c = -1;
　　final ReentrantLock takeLock = this.takeLock;
　　takeLock.lock();//获取出队锁
　　try {
　　　　if (count.get() > 0) {//队列不为空
　　　　　　x = dequeuer();//出队 
　　　　　　c = count.getAndDecrement();//队列数据自减-1返回
　　　　　　if ( c > 1)
　　　　　　　　notEmpty.signal();//唤醒非空等待队列上的线程
　　　 }
　　} finally {
　　　　takeLock.unlock();
　　}
　　if (c == capacity)
　　　　signalNotFull();//唤醒非满等待队列上的线程
　　return x;
} 

　　前两个remove和poll方法都是非阻塞的，对于take方法则是阻塞的，线程会一直阻塞直到线程非空或者非满，但是它在阻塞时能被线程中断返回。

public E take() throws InterruptedException {
　　E x;
　　int c = -1;
　　final AtomicInteger count = this.count;
　　final ReentrantLock takeLock = this.takeLock;
　　take.lockInterruptibly();//可被线程中断返回地获取锁
　　try {
　　　　while (count.get() == 0) {//队列数据为空
　　　　　　notEmpty.await();//休眠非空等待队列上的线程
　　　　}
　　　　x = dequeuer();//此时非空等待队列上的线程被唤醒，队列数据不为空，出队
　　　　c = count.getAndDecrement();
　　if (c > 1)
　　　　notEmpty.signal();//唤醒非空等待队列上的线程
　　} finally {
　　　　takeLock.unlock();
　　}
　　if (c == capacity)
　　　　signalNotFull();//唤醒非满等待队列
　　return x;
} 

　　队列出队的最后一个方法来看上面出现的dequeue入队方法。

private E dequeue() {
　　Node<E> h = head;//头节点，为空
　　Node<E> first = h.next;
　　h.next = h;//此时没有节点指向头节点，便于GC
　　head = first;
　　E x = first.item;
　　first.item = null;
　　return x;
} 

　　最后一个方法size。

public int size() {
　　return count.get();//和ArrayBlockingQueue类似，与ConcurrentLinkedQueue不同，没有遍历整个队列，而是直接返回count变量。此处的count是AtomicInteger变量。
} 

---

这是一个能给程序员加buff的公众号