Tomcat的环形队列SynchronizedQueue源码分析

头顶的风

于 2024-12-30 22:05:10 发布

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分类专栏：源码学习文章标签： tomcat java 数据结构安全

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Tomcat作为一个Java中流行高并发Web容器，使用了非常多的异步处理措施，其中就包括消费者-生产者模型

在默认的nio协议中，使用Accept线程接受用户请求，并将请求封装成Event提交到队列中，Poller线程从队列中消费数据，处理用户的请求

在这里插入图片描述

本次我们就来学习一下这种解耦神器-队列, Tomcat没有使用Java juc包提供的队列，而是自己写了一个：SynchronizedQueue，至于原因，官方的描述是这样的：

这主要是作为java.util.concurrent的无GC替代方案。ConcurrentLinkedQueue，当需要创建一个无限制的队列而不需要收缩队列时。其目的是以最少的垃圾尽快提供所需功能的最低限度。

核心属性

    //用数组来存储元素
    private Object[] queue;

    //队列大小
    private int size;

    //插入索引(可以理解为队尾)
    private int insert = 0;

    //移除索引(可以理解为队头)
    private int remove = 0;

核心方法

初始化

    public SynchronizedQueue(int initialSize) {
        //初始化数组大小
        queue = new Object[initialSize];
        size = initialSize;
    }

入队：offer

public synchronized boolean offer(T t) {
        queue[insert++] = t;

        // 当数组写满当时候，写指针指向数组第一个元素以达到循环利用的目的
        // tip：这里不用担心，下次写的时候会覆盖以前的元素。因为队列遵循先进先出的原则，
        // 如果队列有移除过一个元素的话，0号元素已经出队列了，覆盖也就没什么影响。
        // 如果没有移除过元素的话remove也是=0的，所以就会执行下面的扩容操作
        if (insert == size) {
            insert = 0;
        }
        
        //写指针和移除指针重合，表示已经没有位置写了，就该扩容
        if (insert == remove) {
            expand();
        }
        return true;
    }

扩容：expand

private void expand() {
        int newSize = size * 2;
        //建立一个新数组：大小是原来的两倍
        Object[] newQueue = new Object[newSize];

        //这里采用了一个native的方法来实现数据拷贝，别问为什么，问就是因为高效
        //此处拷贝的流程是这样的，假设有这样一个长度为8的数组：
        //    索引: 0 1 2 3 4 5 6 7
        //    元素: J A V A W U D I 
        //此时的insert=1，remove=1，队头元素是A，队尾元素是J
        //拷贝到新数组应该是这样的
        //    索引: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 14 15 16
        //    元素: A V A W U D I J     
        
        // 因为要保持先进先出的原则，所以拷贝的时候先拷贝：A V A W U D I 
        System.arraycopy(queue, insert, newQueue, 0, size - insert);
        
        //再拷贝：J，因为J是最后进队列的，是队尾
        System.arraycopy(queue, 0, newQueue, size - insert, insert);
        
        //不理解的同学：请注意扩容时机，数组是完全满了之后再扩容的，结合这个再去看看上面的逻辑
        insert = size;
        remove = 0;
        queue = newQueue;
        size = newSize;
    }

出队：poll

public synchronized T poll() {
        //写指针和移除指针相等，表示队列还是空的。
        // 因为元素插入之后，在offer里面进行判断处理：insert==remove就会扩容，
        //扩容之后insert肯定不会等于remove
        // 当所有元素的都移除之后，insert就会重新等于remove
        if (insert == remove) {
            // empty
            return null;
        }

        @SuppressWarnings("unchecked")
        T result = (T) queue[remove];
        queue[remove] = null;
        remove++;

        //数组最后一个元素移除完了，下次该移除数组第一个元素了
        if (remove == size) {
            remove = 0;
        }

        return result;
    }