JUC LinkedBlockingQueue

本文首先发表在 码蜂笔记

java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue 是一个基于单向链表的、范围任意的（其实是有界的）、FIFO 阻塞队列。访问与移除操作是在队头进行，添加操作是在队尾进行，并分别使用不同的锁进行保护，只有在可能涉及多个节点的操作才同时对两个锁进行加锁。

队列是否为空、是否已满仍然是通过元素数量的计数器（count）进行判断的，由于可以同时在队头、队尾并发地进行访问、添加操作，所以这个计数器必须是线程安全的，这里使用了一个原子类 AtomicInteger，这就决定了它的容量范围是： 1 – Integer.MAX_VALUE。

由于同时使用了两把锁，在需要同时使用两把锁时，加锁顺序与释放顺序是非常重要的：必须以固定的顺序进行加锁，再以与加锁顺序的相反的顺序释放锁。

头结点和尾结点一开始总是指向一个哨兵的结点，它不持有实际数据，当队列中有数据时，头结点仍然指向这个哨兵，尾结点指向有效数据的最后一个结点。这样做的好处在于，与计数器 count 结合后，对队头、队尾的访问可以独立进行，而不需要判断头结点与尾结点的关系。

属性与链表节点类

// 链表的结点类，单向链表，只有一个后继指针
static class Node<E> {
 E item;

 /*
 * 后继指针。值为下列之一：
 * 实际的后继结点。
 * 自身，表示后继是 head.next （用于在遍历处理时判断）
 * null，表示没有后继（这是尾结点）
 */
 Node<E> next;

 Node(E x) { item = x; }
}

// 最大容量上限，默认是 Integer.MAX_VALUE
private final int capacity;

// 当前元素数量，这是个原子类。因为读写分别使用不同的锁，但都会访问这个属性，所以它需要是线程安全的。
private final AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);

// 头结点
private transient Node<E> head;

// 尾结点
private transient Node<E> last;

// 队头访问锁
private final ReentrantLock takeLock = new ReentrantLock();

// 队头访问等待条件、队列
private final Condition notEmpty = takeLock.newCondition();

// 队尾访问锁
private final ReentrantLock putLock = new ReentrantLock();

// 队尾访问等待条件、队列
private final Condition notFull = putLock.newCondition();

enqueue 操作

// 在持有 putLock 锁下执行
private void enqueue(Node<E> node) {
 // assert putLock.isHeldByCurrentThread();
 // assert last.next == null;
 last = last.next = node;
}

dequeue 操作

返回队列里第一个有效元素。

// 在持有 takeLock 锁下执行
private E dequeue() {
 // assert takeLock.isHeldByCurrentThread();
 // assert head.item == null;
 Node<E> h = head;
 Node<E> first = h.next;
 h.next = h; // help GC

 head = first;
 E x = first.item;
 first.item = null; // 出队列后的结点作为新的哨兵结点
 return x;
}

对两把锁的加锁与释放

在需要对两把锁同时加锁时，把加锁的顺序与释放的顺序封装成方法，确保所有地方都是一致的。而且获取锁时都是不响应中断的，一直获取直到加锁成功，这就避免了第一把锁加锁成功，而第二把锁加锁失败导致锁不释放的风险。

注意，锁的释放顺序与加锁顺序是相反的。

// 把固定的加锁顺序封装在方法内，确保所有的对两把锁加锁的顺序都是一致的。
void fullyLock() {
 putLock.lock();
 takeLock.lock();
}

// 把固定的释放锁顺序封装在方法内，确保所有的对两把锁的释放顺序都是一致的。
void fullyUnlock() {
 takeLock.unlock();
 putLock.unlock();
}

put 操作

put 操作把指定元素添加到队尾，如果没有空间则一直等待。

public void put(E e) throws InterruptedException {
 if (e == null) throw new NullPointerException();

 // 在所有的 put/take/etc 等操作中预设值本地变量 c 为负数表示失败。成功会设置为 >= 0 的值。
 int c = -1;
 Node<E> node = new Node(e);

 // 下面两行是访问优化
 final ReentrantLock putLock = this.putLock;
 final AtomicInteger count = this.count;

 putLock.lockInterruptibly();
 try {
 /*
 * 注意，count用于等待监视，即使它没有用锁保护。这个可行是因为
 * count 只能在此刻（持有putLock）减小（其他put线程都被锁拒之门外），
 * 当count对capacity发生变化时，当前线程（或其他put等待线程）将被通知。
 * 在其他等待监视的使用中也类似。
 */
 while (count.get() == capacity) {
 notFull.await();
 }

 enqueue(node);
 c = count.getAndIncrement();

 // 还有可添加空间则唤醒put等待线程。
 if (c + 1 < capacity)
 notFull.signal();
 } finally {
 putLock.unlock();
 }

 // c 由 count.getAndIncrement()返回，如果等于0，
 // 则 count 应该是大于等于 1 了，唤醒take线程。
 if (c == 0)
 signalNotEmpty();
}

take 操作

take 操作会一直阻塞直到有元素可返回。

public E take() throws InterruptedException {
 E x;
 int c = -1;
 // 下面两行是访问优化
 final AtomicInteger count = this.count;
 final ReentrantLock takeLock = this.takeLock;

 takeLock.lockInterruptibly();
 try {
 // 循环里等待直到有数据可获取
 while (count.get() == 0) {
 notEmpty.await();
 }

 // 获取第一个有效元素
 x = dequeue();

 // 如果还有可获取元素，唤醒等待获取的线程。
 c = count.getAndDecrement();
 if (c > 1)
 notEmpty.signal();
 } finally {
 takeLock.unlock();
 }

 // 注意，c 是调用 getAndDecrement 返回的，如果 if 成立，
 // 表明当前的 count 是 capacity - 1，可以添加新元素，所以唤醒 添加线程。
 if (c == capacity)
 signalNotFull();
 return x;
}

remove 操作

// 移除指定元素。由于移除元素涉及该结点前后两个结点的访问与修改，
// 对两把锁加锁简化了同步管理。
public boolean remove(Object o) {
 if (o == null ) return false;

 fullyLock();
 try {
 for (Node<E> trail = head, p = trail.next;
 p != null ;
 trail = p, p = p.next) {
 if (o.equals(p.item)) {
 unlink(p, trail);
 return true ;
 }
 }
 return false ;
 } finally {
 fullyUnlock();
 }
}

文章转自 并发编程网-ifeve.com