ArrayBlockingQueue源码分析-Java8
ArrayBlockingQueue原理介绍
ArrayBlockingQueue，是基于数组的阻塞队列，队列中的元素按照FIFO顺序。
创建ArrayBlockingQueue，是需要制定队列的容量的（不可省）；指定队列容量后，会一次性创建capacity个长度的数组，用来存放队列元素；
需要注意的是，ArrayBlockingQueue使用的是循环数组来实现队列，也就是说，有takeIndex指向下一个出队元素，当takeIndex指向了capacity-1的位置（最后一个位置），那么元素出队后，下一次takeIndex会归零；同样的，对于putIndex指向存放下一个入队元素的位置，当putIndex指向了capacity-1的位置（最后一个位置），入队后，putIndex会归零，指向第一个节点。
另外，基于链表实现的阻塞队列LinkedBlockingQueue，可以参考：https://www.cnblogs.com/-beyond/p/14407364.html
原文地址：https://www.cnblogs.com/-beyond/p/14407201.html
属性字段
/** * 序列化版本id */ private static final long serialVersionUID = -817911632652898426L; /** * 保存队列元素的数组 */ final Object[] items; /** * 指向下一个元素的位置（进行take、poll、peek和remove），可以理解为队首指针 */ int takeIndex; /** * 指向下一个元素的位置（进行put、offer、add），可以理解为队尾指针 */ int putIndex; /** * 记录队列中中元素的位置 */ int count; /* * Concurrency control uses the classic two-condition algorithm * found in any textbook. */ /** * 访问控制的锁 */ final ReentrantLock lock; /** * 用于take阻塞的condition */ private final Condition notEmpty; /** * 用于put阻塞的condition */ private final Condition notFull; /** * Shared state for currently active iterators, or null if there * are known not to be any. Allows queue operations to update * iterator state. */ transient Itrs itrs = null;
构造方法
ArrayBlockingQueue提供了3个构造方法
/**
* 初始化ArrayBlockingQueue，设置队列大小，使用非公平策略（默认）
*/
public ArrayBlockingQueue(int capacity) {
this(capacity, false);
}
/**
* 初始化ArrayBlockingQueue，设置队列大小，并设置是否使用公平策略
*/
public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair) {
if (capacity <= 0) {
throw new IllegalArgumentException();
}
// 创建n个元素的数组（赋值给队列数组）
this.items = new Object[capacity];
// 创建可重复锁（使用设置的公平策略）
lock = new ReentrantLock(fair);
// 创建lock关联的notEmpty和notFull condition
notEmpty = lock.newCondition();
notFull = lock.newCondition();
}
/**
* 初始化ArrayBlockingQueue，设置队列大小，并设置是否使用公平策略
* 然后将传入的元素加入到队列中（按照传入元素的顺序），元素不能为null
*/
public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair, Collection<? extends E> c) {
// 初始化队列
this(capacity, fair);
// 获取锁，并加锁
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock(); // Lock only for visibility, not mutual exclusion
try {
int i = 0;
try {
// 遍历集合，将集合的元素顺序加入到队列数组中
for (E e : c) {
checkNotNull(e);
items[i++] = e;
}
} catch (ArrayIndexOutOfBoundsException ex) {
throw new IllegalArgumentException();
}
// 修改队列元素的数量
count = i;
// 修改putIndex，也就是下一个元素放入的下标，如果队列满了（i为capacity），那么下一个位置为0（队首）
putIndex = (i == capacity) ? 0 : i;
} finally {
// 释放锁
lock.unlock();
}
}
添加元素（入队）
ArrayBlockingQueue的入队分两大类，阻塞式入队和非阻塞式入队；
阻塞式入队是指，如果入队失败（队列已满），则会阻塞，知道成功入队，才会结束阻塞。
非阻塞式入队是指，不管入队是否成功，都会立即返回。
非阻塞式添加元素
非阻塞式添加元素，是指尝试元素入队时，不管是否成功，都立即返回；
对应的是add和offer两个方法，add调用的其实是offer。
/**
* 将元素插入队列的尾部（入队）
* 入队成功，返回true；入队失败，返回false
*/
public boolean offer(E e) {
// 判断元素是否为null，如果为null，则抛出NPE
checkNotNull(e);
// 获取锁，并加锁
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
// 判断队列是否已满
if (count == items.length) {
// 队列已满，返回false
return false;
} else {
// 队列未满，调用enqueue来入队，并返回true（入队成功）
enqueue(e);
return true;
}
} finally {
// 释放锁
lock.unlock();
}
}
/**
* 向队列中添加元素（放入队尾），返回添加元素是否成功
* 如果队列已满，那么将会抛出IllegalStateException异常
* 如果添加的元素为null，则会抛出NullPointerException异常
*/
public boolean add(E e) {
return super.add(e);//调用AbstractQueue的add方法
}
// 这是AbstractQueue的add方法，ArrayBlockingQueue重写了offer方法
public boolean add(E e) {
// 调用的ArrayBlockingQueue的offer方法
if (offer(e)) {
return true;
} else {
throw new IllegalStateException("Queue full");
}
}
阻塞式添加元素
/**
* 元素入队，如果队列已满，则会阻塞直到元素入队完成
*/
public void put(E e) throws InterruptedException {
// 判断元素是否为null，如果为null，则抛出NPE
checkNotNull(e);
// 获取锁，并加锁（可中断）
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lockInterruptibly();
try {
// 自旋锁，如果队列已满，则线程进行阻塞
while (count == items.length) {
// 阻塞，等待notFull的signal
notFull.await();
}
// 队列未满，进行入队操作
enqueue(e);
} finally {
// 释放锁
lock.unlock();
}
}
除了上面一直阻塞，ArrayBlockingQueue还提供了超时时长的入栈接口
/**
* 元素入队，并设置超时时长
*/
public boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
// 判断元素是否为null，如果为null，则抛出NPE
checkNotNull(e);
// 时间转换为纳秒
long nanos = unit.toNanos(timeout);
// 加锁（可中断）
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lockInterruptibly();
try {
// 如果队列已满，并且已经超时，则返回false（入队失败）
while (count == items.length) {
if (nanos <= 0) {
return false;
}
// 阻塞，返回剩余的超时时长
nanos = notFull.awaitNanos(nanos);
}
// 队列未满，进行入队操作，并返回true（入队成功）
enqueue(e);
return true;
} finally {
// 释放锁
lock.unlock();
}
}
入队操作
上面的offer、add、put操作中，真正执行入队操作的是enqueue方法，如下：
/**
* 将元素插入putIndex所指的位置
*/
private void enqueue(E x) {
// 获取队列数组
final Object[] items = this.items;
// 将元素放入数组元素中（队尾）
items[putIndex] = x;
// 如果队列已满，那么重置putIndex（因为是循环数组实现队列，所以下一个放入的位置为队首）
if (++putIndex == items.length) {
putIndex = 0;
}
// 元素数量加1
count++;
// 唤醒notEmpty（通知队列不为空，有元素）
notEmpty.signal();
}
注意，enqueue中的几个点，入队、队列size+1，唤醒notEmpty，这些操作都是在ReentrantLock加锁成功后执行的（offer方法中），所以不存在并发问题。
获取元素
这里的获取元素，是指调用peek接口，peek方法并不会将元素出队，而是只返回队首元素。
/**
* 获取元素（不出队），如果队列为空，则返回null
*/
public E peek() {
// 加锁
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
// 获取队列指定位置的元素（takeIndex，也就是下一个出队的元素位置）
return itemAt(takeIndex);
} finally {
lock.unlock();
}
}
/**
* 获取队列数组中的i位置上的元素
*/
@SuppressWarnings("unchecked")
final E itemAt(int i) {
return (E) items[i];
}
元素出队
与元素入队相似，出队也分阻塞式和非阻塞式；
非阻塞式出队
/**
* 非阻塞式出队
*
* @return 出队的元素（如果队列为空，则返回null）
*/
public E poll() {
// 加锁
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
// 如果队列为空，则返回null，否则进行出队操作
return (count == 0) ? null : dequeue();
} finally {
lock.unlock();
}
}
阻塞式出队
/**
* 出队，设置超时时间
*/
public E poll(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
// 加锁
long nanos = unit.toNanos(timeout);
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lockInterruptibly();
try {
// 如果队列为空，并且未超时，则进行阻塞
while (count == 0) {
// 如果已经超时，则返回null
if (nanos <= 0) {
return null;
}
// 线程阻塞，等待notEmpty的signal
nanos = notEmpty.awaitNanos(nanos);
}
// 队列不为空，则进行出队
return dequeue();
} finally {
lock.unlock();
}
}
/**
* 出队，阻塞式
*/
public E take() throws InterruptedException {
// 加锁
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lockInterruptibly();
try {
// 如果队列为空，则进行阻塞，等待notEmpty.signal
while (count == 0) {
notEmpty.await();
}
// 进行出队
return dequeue();
} finally {
// 释放锁
lock.unlock();
}
}
出队操作
上面的poll、take中，真正执行出队操作的是dequeue方法，如下：
/**
* 出队操作
*/
private E dequeue() {
// 获取队列数组
final Object[] items = this.items;
// 获取队列数组中队首的元素
@SuppressWarnings("unchecked")
E x = (E) items[takeIndex];
// 将队首元素设置为null（释放）
items[takeIndex] = null;
// 如果takeIndex达到数组长度，那么就重设队首指针
if (++takeIndex == items.length) {
takeIndex = 0;
}
// 队列元素减1
count--;
// 如果itrs不为null，则调用元素出队接口（elementDequeue）
if (itrs != null) {
itrs.elementDequeued();
}
// notFull唤醒（表示可以继续入队元素）
notFull.signal();
// 返回出队的元素
return x;
}
获取队列元素数量
/**
* 获取队列元素数量
* 注意，获取size也加锁了，这是因为避免有其他线程正在出队或者入队，导致获取的size不正确
* 加了锁，能够保证获取size时，队列没有被修改
*/
public int size() {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
return count;
} finally {
lock.unlock();
}
}
原文地址：https://www.cnblogs.com/-beyond/p/14407201.html
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