Java并发进阶:阻塞队列ABQ源码详解

这是一个典型的有界缓冲结构,可指定大小存储元素,供生产线程插入,供消费线程获取,但注意,容量一旦指定,便不可修改。

队列空时尝试take操作和队列满时尝试put操作都会阻塞执行操作的线程。

该类还支持可供选择的公平性策略,ReentrantLock可重入锁实现,默认采用非公平策略,当队列可用时,阻塞的线程都可以争夺访问队列的资格。

阻塞队列通过ReentrantLock + Condition实现并发环境下的等待通知机制:读操作和写操作都需要获取到AQS独占锁才能进行操作,如果队列为空,则读操作线程将会被包装为条件节点扔到读线程等待条件队列中,等待写线程写入新的元素,同时读线程将会被唤醒,反之亦然。

类图结构及重要字段

=========

Java并发进阶:阻塞队列ABQ源码详解

public class ArrayBlockingQueue extends AbstractQueue

implements BlockingQueue, java.io.Serializable {

// 序列号, 用于序列化

private static final long serialVersionUID = -817911632652898426L;

// 底层存储数据的定长数组

final Object[] items;

// 移除操作的index,可以理解为队头位置

int takeIndex;

// 添加操作的index,可以理解为队尾位置

int putIndex;

// 元素个数

int count;

// 独占重入锁

final ReentrantLock lock;

// 等待takes的条件对象

private final Condition notEmpty;

// 等待puts的条件对象

private final Condition notFull;

// Itrs表示队列和迭代器之间的共享数据,其实用来存储多个迭代器实例的

transient Itrs itrs = null;

}

构造器

===

使用ArrayBlockingQueue的时候,必须指定一个capacity阻塞队列的容量。可以传入可选的fair值,以采取不同公平性策略,默认使用非公平的策略。另外,可以传入集合对象,直接构造阻塞队列。

// 必须指定容量, 默认采用非公平策略

public ArrayBlockingQueue(int capacity) {

this(capacity, false);

}

// 另外,可指定公平性策略

public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair) {

// 对容量进行简单校验

if (capacity <= 0)

throw new IllegalArgumentException();

this.items = new Object[capacity]; // 初始化底层数组

lock = new ReentrantLock(fair); // 初始化lock

notEmpty = lock.newCondition(); // 初始化条件变量notEmpty

notFull = lock.newCondition(); // 初始化条件变量notFull

}

// 另外,可指定传入集合直接构造

public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair,

Collection<? extends E> c) {

this(capacity, fair);

// 加锁只是为了可见性, 而不是为了互斥特性

final ReentrantLock lock = this.lock;

lock.lock(); // Lock only for visibility, not mutual exclusion

try {

int i = 0;

try {

for (E e : c) { // 遍历赋值

checkNotNull(e);

items[i++] = e;

}

} catch (ArrayIndexOutOfBoundsException ex) {

throw new IllegalArgumentException();

}

count = i;

putIndex = (i == capacity) ? 0 : i;

} finally {

lock.unlock();

}

}

出队和入队操作

=======

队列的操作最核心的部分莫过于入队和出队了,后面分析的方法基本上都基于这两个工具方法。

入队enqueue

=========

private void enqueue(E x) {

// assert lock.getHoldCount() == 1;

// assert items[putIndex] == null;

final Object[] items = this.items;

// 把元素x放入数组

items[putIndex] = x;

// 下一个元素应该存放的下标位置

if (++putIndex == items.length)

putIndex = 0;

count++;

// 激活notEmpty的条件队列因调用take操作而被阻塞的一个线程

notEmpty.signal();

}

  1. 将元素x置入数组中。

  2. 计算下一个元素应该存放的下标位置。

  3. 元素个数器递增,这里count前加了锁,值都是从主内存中获取,不会存在内存不可见问题,并且更新也会直接刷新回主内存中。

  4. 最后激活notEmpty的条件队列因调用take操作而被阻塞的一个线程。

出队dequeue

=========

private E dequeue() {

// assert lock.getHoldCount() == 1;

// assert items[takeIndex] != null;

final Object[] items = this.items;

@SuppressWarnings(“unchecked”)

// 获取元素

E x = (E) items[takeIndex];

// 置null

items[takeIndex] = null;

// 重新设置对头下标

if (++takeIndex == items.length)

takeIndex = 0;

// 更新元素计数器

count–;

// 更新迭代器中的元素数据,itrs只用在使用迭代器的时候才实例化哦

if (itrs != null)

itrs.elementDequeued();

// 激活notFull的条件队列因调用put操作而被阻塞的一个线程

notFull.signal();

return x;

}

  1. 获取元素,并将当前位置置null。

  2. 重新设置队头下标。

  3. 元素计数器递减。

  4. 更新迭代器中的元素数据,itrs默认情况下都是为null的,只有使用迭代器的时候才会实例化Itrs。

  5. 激活notFull的条件队列因调用put操作而被阻塞的一个线程。

阻塞式操作

=====

E take() 阻塞式获取

==============

take操作将会获取当前队列头部元素并移除,如果队列为空则阻塞当前线程直到队列不为空,退出阻塞时返回获取的元素。

那,线程阻塞至何时如何知道呢,其实当前线程将会因notEmpty.await()被包装成等待节点置入notEmpty的条件队列中,一旦enqueue操作成功触发,也就是入队成功,将会执行notEmpty.signal()唤醒条件队列中等待的线程,被转移到AQS队列中参与锁的争夺。

如果线程在阻塞时被其他线程设置了中断标志,则抛出InterruptedException异常并返回。

public E take() throws InterruptedException {

final ReentrantLock lock = this.lock;

// 可响应中断式地获取锁

lock.lockInterruptibly();

try {

// 如果队列为空,则将当前线程包装为等待节点置入notEmpty的条件队列中

while (count == 0)

notEmpty.await();

// 非空,则执行入队操作,入队时唤醒notFull的条件队列中的第一个线程

return dequeue();

} finally {

lock.unlock();

}

}

void put(E e) 阻塞式插入

===================

put操作将向队尾插入元素,如果队列未满则插入,如果队列已满,则阻塞当前线程直到队列不满。

如果线程在阻塞时被其他线程设置了中断标志,则抛出InterruptedException异常并返回。

public void put(E e) throws InterruptedException {

checkNotNull(e);

final ReentrantLock lock = this.lock;

lock.lockInterruptibly();

try {

// 如果队列满,则将当前线程包装为等待节点置入notFull的条件队列中

while (count == items.length)

notFull.await();

// 非满,则执行入队操作,入队时唤醒notEmpty的条件队列中的第一个线程

enqueue(e);

} finally {

lock.unlock();

}

}

E poll(timeout, unit) 阻塞式超时获取

=============================

在take阻塞式获取方法的基础上额外增加超时功能,传入一个timeout,获取不到而阻塞的时候,如果时间到了,即使还获取不到,也只能立即返回null。

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

long nanos = unit.toNanos(timeout);

final ReentrantLock lock = this.lock;

lock.lockInterruptibly();

try {

while (count == 0) {

// 队列仍为空,但是时间到了,必须返回了

if (nanos <= 0)

return null;

// 在条件队列里等着,但是需要更新时间

nanos = notEmpty.awaitNanos(nanos);

}

return dequeue();

} finally {

lock.unlock();

}

}

boolean offer(e, timeout, unit) 阻塞式超时插入

=======================================

在put阻塞式插入方法的基础上额外增加超时功能,传入一个timeout,获取不到而阻塞的时候,如果时间到了,即使还获取不到,也只能立即返回null。

public boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit)

throws InterruptedException {

checkNotNull(e);

long nanos = unit.toNanos(timeout);

final ReentrantLock lock = this.lock;

lock.lockInterruptibly();

try {

while (count == items.length) {

if (nanos <= 0)

return false;

nanos = notFull.awaitNanos(nanos);

}

enqueue(e);

return true;

} finally {

lock.unlock();

}

}

其他常规操作

======

boolean offer(E e)

==================

offer(E e)是非阻塞的方法,向队尾插入一个元素,如果队列未满,则插入成功并返回true;如果队列已满则丢弃当前元素,并返回false。

public boolean offer(E e) {

checkNotNull(e); // 如果插入元素为null,则抛出NullPointerException异常

// 获取独占锁

final ReentrantLock lock = this.lock;

lock.lock();

try {

// 如果队列满, 则返回false

if (count == items.length)

return false;

else {

// 否则则入队

enqueue(e);

return true;

}

} finally {

lock.unlock();

}

}

E poll()

========

从队列头部获取并移除第一个元素,如果队列为空则返回null。

public E poll() {

final ReentrantLock lock = this.lock;

lock.lock();

try {

// 如果为空,返回null, 否则执行出队操作

return (count == 0) ? null : dequeue();

} finally {

lock.unlock();

}

}

Boolean remove(Object o)

========================

移除队列中与元素o相等【指的是equals方法判定相同】的元素,移除成功返回true,如果队列为空或没有匹配元素,则返回false。

public boolean remove(Object o) {

if (o == null) return false;

评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值