阻塞优先队列（PriorityBlockingQueue）详解

文章就通过图文介绍阻塞队列的三个主要方法（构造方法，入队和出队）和其中需要用到的子方法，方便你更快更好地理解优先队列。首先，强烈推荐先去学习堆排序，因为优先队列是按照堆排序原理设计的。

1.构造方法

PriorityBlockingQueue有四个构造方法，其余两个最后都会调用上图的构造器。输入参数initialCapacity和comparator分别是队列的初始容量和队列中对象的比较器。初始容量默认为11。比较器默认为null。lock和notEmpty用于线程同步。

2.offer

所有往队列中加入元素的方法最后都会调用offer方法。

 

方法有三个功能，分别是：扩容，插入新元素和同步。我将分别来说，功能的代码会混合出现，放心，我先分开说明，如果需要重组，我会再次强调。

2.1 扩容

 

size是当前队列的长度，cap是当前队列的容量。当长度大于等于容量时，就会执行扩容方法tryGrow();

 

扩容部分已经用红框标出，其余都是同步，下面再说。

扩容步骤：

1）计算新容量。如果就容量小于64，那么容量翻倍再增加两个槽位。否则，新容量=旧容量*1.5。

2）判断新容量是否超过了最大允许容量（Integer.MAX_VALUE - 8），如果是，内存溢出。

3）新建Object数组，称为新队列的容器。

4）复制原有数据到新数组。

至此，扩容结束。

2.2）插入新元素

扩容结束会就会插入新元素。

 

如果在构造方法中给定了比较器，那么执行siftUpComparable()方法，否则执行siftUpUsingComparator()。两者的区别仅仅是如果没有给定比较器，那么优先队列会自己的比较逻辑；否则，使用给定比较器的比较逻辑。下面以siftUpComparable()进行说明。

 

插入参数分别是k（目前队列长度），x（插入的元素），array（当前队列）。接下来的代码直接说明不方便理解，所以下面使用一个例子进行说明。

假设存储的队列array如下：

 

实际表达的数据结构如下：

 

现在，要插入一个新元素250。

 

k最初是队列长度，实际是当前操作的array槽位，它会在操作中不断减少。代码中没有将250加入到array[k]的地方，但是逻辑上可以这样认为。

 

 

 

 

首先计算parent=(k-1) >> 1，就是计算250的父元素索引。

然后获取父元素的值并进行比较，如果新元素小于父元素，那么将父元素放到当前操作的槽位k中，k变为父元素原先的索引。在本例子中，如下图进行变化：

 

 

 

 

接着，计算k所在元素的父元素索引并获取父元素。本例子中是100，100  <= 250。符合跳出循环的条件。因此，250放入到k所指示的位置。

 

在offer()方法中还有一个增加队列长度的操作，加入新元素结束。

 

2.3） 同步

为了更好地说明同步，使用两个线程举例子。假设当前队列已经满载了，线程A先到，因此它负责扩容，线程B后到。

 

线程A拿到锁，因此进行扩容。如果此时线程B到来，那么它必须先等待。

 

线程A首先释放锁（线程B可以开始进行），然后使用CAS修改allocationSpinLock为1，它是一个标志位。然后进行扩容操作。完事后再把allocationSpinLock修改为0。另外一个注意的点是newArray，只有线程A扩容完成后，它才不会是null。其余时候，它都是null。

扩容期间，线程B在线程A释放锁后获得了锁。然后它也发现队列满了，因此也进入到扩容方法中。但此时，由于allocationSpinLock == 0，它无法进行扩容。然后newArray == null。因此它让出了cpu时间片。

让出时间片有两个结果：线程B再次获得了cpu和线程A获得了cpu。前者发生意义不大：

 

因为在线程A扩容完成之前，它都无法跳出循环。

不过一种情况另外，线程A完成扩容后cpu时间片到了，此时轮到线程B操作。那么newArray != null，所以由线程B完成队列原有数据复制的操作。

如果线程A在线程B让出时间片后获得cpu，那么由线程A自己完成数据复制操作。

 

完成数据复制操作的线程完成加入数据的操作后，才会释放锁。

 

3.总结

出队操作就不详细讲述了。首先，出队没有同步操作，方法也不复杂。其次，如果你知道堆排序的原理应该清楚，入队是向上调整，出队是向下调整。将当作是课后作业吧。