Java并发编程与技术内幕:ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue及SynchronousQueue源码解析

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       摘要：本文主要讲了Java中BlockingQueue的源码

一、BlockingQueue介绍与常用方法

BlockingQueue是一个阻塞队列。在高并发场景是用得非常多的，在线程池中。如果运行线程数目大于核心线程数目时，也会尝试把新加入的线程放到一个BlockingQueue中去。队列的特性就是先进先出很容易理解，在java里头它的实现类主要有下图的几种，其中最常用到的是ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue及SynchronousQueue这三种，这三个也是今天主要讲的类。

它主要的方法有

BlockingQueue的核心方法：
1、放入数据

  （1） add(object)

    队列没满的话，放入成功。否则抛出异常。

 （2）offer(object):

    表示如果可能的话,将object加到BlockingQueue里,即如果BlockingQueue可以容纳,则返回true,否则返回false.（本方法不阻塞当前执行方法的线程）
 （3）offer(E o, long timeout, TimeUnit unit)

      可以设定等待的时间，如果在指定的时间内，还不能往队列中加入BlockingQueue，则返回失败。
（4）put(object)

       把object加到BlockingQueue里,如果BlockQueue没有空间,则调用此方法的线程阻塞。直到BlockingQueue里面有空间再继续.
2、获取数据
（1）poll(time)

   取走BlockingQueue里排在首位的对象,若不能立即取出,则可以等time参数规定的时间,取不到时返回null;
（2）poll(long timeout, TimeUnit unit)

   从BlockingQueue取出一个队首的对象，如果在指定时间内，队列一旦有数据可取，则立即返回队列中的数据。否则知道时间超时还没有数据可取，返回失败。

（3）take()

  取走BlockingQueue里排在首位的对象,若BlockingQueue为空,阻断进入等待状态直到BlockingQueue有新的数据被加入;
（4）drainTo()

   一次性从BlockingQueue获取所有可用的数据对象（还可以指定获取数据的个数），通过该方法，可以提升获取数据效率；不需要多次分批加锁或释放锁。

二、ArrayBlockingQueue

     一个基本数组的阻塞队列。可以设置列队的大小。

ArrayBlockingQueue的源码是比较简单的，下面是笔者抽取了一部分源码并加以注释。它的基本原理实际还是数组，只不过存、取、删时都要做队列是否满或空的判断。然后加锁访问。

package java.util.concurrent;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
import java.util.AbstractQueue;
import java.util.Collection;
import java.util.Iterator;
import java.util.NoSuchElementException;
import java.lang.ref.WeakReference;
import java.util.Spliterators;
import java.util.Spliterator;


public class ArrayBlockingQueue<E> extends AbstractQueue<E>
        implements BlockingQueue<E>, java.io.Serializable {

    private static final long serialVersionUID = -817911632652898426L;

    /** 真正存入数据的数组*/
    final Object[] items;

    /** take, poll, peek or remove的下一个索引 */
    int takeIndex;

    /** put, offer, or add的下一个索引 */
    int putIndex;

    /**队列中元素个数*/
    int count;


    /**可重入锁 */
    final ReentrantLock lock;

    /** 队列不为空的条件 */
    private final Condition notEmpty;

    /** 队列未满的条件 */
    private final Condition notFull;

    transient Itrs itrs = null;


    /**
     *当前元素个数-1
     */
    final int dec(int i) {
        return ((i == 0) ? items.length : i) - 1;
    }

    /**
     * 返回对应索引上的元素
     */
    @SuppressWarnings("unchecked")
    final E itemAt(int i) {
        return (E) items[i];
    }

    /**
     * 非空检查
     *
     * @param v the element
     */
    private static void checkNotNull(Object v) {
        if (v == null)
            throw new NullPointerException();
    }

    /**
     * 元素放入队列，注意调用这个方法时都要先加锁
     * 
     */
    private void enqueue(E x) {
        final Object[] items = this.items;
        items[putIndex] = x;
        if (++putIndex == items.length)
            putIndex = 0;
        count++;//当前拥有元素个数加1
        notEmpty.signal();//有一个元素加入成功，那肯定队列不为空
    }

    /**
     * 元素出队，注意调用这个方法时都要先加锁
     * 
     */
    private E dequeue() {
        final Object[] items = this.items;
        @SuppressWarnings("unchecked")
        E x = (E) items[takeIndex];
        items[takeIndex] = null;
        if (++takeIndex == items.length)
            takeIndex = 0;
        count--;/当前拥有元素个数减1
        if (itrs != null)
            itrs.elementDequeued();
        notFull.signal();//有一个元素取出成功，那肯定队列不满
        return x;
    }

    /**
     * 指定删除索引上的元素
     * 
     */
    void removeAt(final int removeIndex) {
        final Object[] items = this.items;
        if (removeIndex == takeIndex) {
            items[takeIndex] = null;
            if (++takeIndex == items.length)
                takeIndex = 0;
            count--;
            if (itrs != null)
                itrs.elementDequeued();
        } else {
            final int putIndex = this.putIndex;
            for (int i = removeIndex;;) {
                int next = i + 1;