Java底层类和源码分析系列-ArrayBlockingQueue底层架构和源码分析
时间:2020-04-15
本文章向大家介绍Java底层类和源码分析系列-ArrayBlockingQueue底层架构和源码分析,主要包括Java底层类和源码分析系列-ArrayBlockingQueue底层架构和源码分析使用实例、应用技巧、基本知识点总结和需要注意事项,具有一定的参考价值,需要的朋友可以参考一下。
ArrayBlockingQueue是一个基于数组实现的有界的阻塞队列。
几个要点
- ArrayBlockingQueue是一个用数组实现的队列,所以在效率上比链表结构的LinkedBlockingQueue要快一些,但是队列长度固定,不能扩展,入列和出列使用同一把锁。LinkedBlockingQueue是入列出列两把锁,读写分离。
- 先进先出,FIFO,队列的头部 是在队列中存在时间最长的元素。队列的尾部 是在队列中存在时间最短的元素
- 新元素插入到队列的尾部,队列检索操作则是从队列头部开始获得元素
- 利用重入锁来保证并发安全
- 初始化时必须传入容量,也就是数组的大小,不需要扩容,因为是初始化时指定容量,并循环利用数组,使用之前一定要慎重考虑好容量
- put(e)(put(e)时如果队列满了则使用notFull阻塞等待)、take()阻塞
- add(e)时如果队列满了则抛出异常
- remove()时如果队列为空则抛出异常
- offer(e)时如果队列满了则返回false
- poll()时如果队列为空则返回null
- poll(timeout, unit)时如果队列为空则阻塞等待一段时间后如果还为空就返回null
- 只使用了一个锁来控制入队出队,效率较低
定义
public class ArrayBlockingQueue<E> extends AbstractQueue<E> implements BlockingQueue<E>, java.io.Serializable
成员属性
//底层存储元素的数组。为final说明一旦初始化,容量不可变,所以是有界的。 final Object[] items; //下一个take, poll, peek or remove操作的index位置 int takeIndex; //下一个put, offer, or add操作的index位置 int putIndex; // 元素数量 int count; /** * 用于并发控制:使用经典的双Condition算法 */ final ReentrantLock lock; /** 获取操作等待条件 */ private final Condition notEmpty; /** 插入操作等待条件 */ private final Condition notFull;
构造方法
//传入参数为队列的容量,传入后队列容量固定,不能扩容 public ArrayBlockingQueue(int capacity) { this(capacity, false); } //传入队列容量和是否为公平锁 public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair) { //容量非空判断 if (capacity <= 0) throw new IllegalArgumentException(); //初始化存放队列元素的数组 this.items = new Object[capacity]; //初始化锁 lock = new ReentrantLock(fair); //初始化用于阻塞的Condition notEmpty = lock.newCondition(); notFull = lock.newCondition(); }
offer(E e)
往队列中添加一条元素,如果添加成功,返回true,添加失败则返回false.
在LinkedBlockingQueue中入列之后有一个自我唤醒的方法,而这里却没有,是因为LinkedBlockingQueue的入列和出列是分别不同的两把锁,读写分离。而这里读写用的是同一把锁,所以在读和写在同一时间内只能执行一个方法,就不会存在线程假死状态,但效率较慢。
public boolean offer(E e) { //元素校验 checkNotNull(e); //引用锁 final ReentrantLock lock = this.lock; //上锁 lock.lock(); try { //当队列塞满后,不能再继续往队列中添加元素,返回false if (count == items.length) return false; else { //队列还未塞满,执行入列方法,入列成功返回true enqueue(e); return true; } } finally { //释放锁 lock.unlock(); } } public boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { checkNotNull(e); //入列时间转化成纳秒 long nanos = unit.toNanos(timeout); final ReentrantLock lock = this.lock; //上锁,如果线程在阻塞中中断,则抛出异常 lock.lockInterruptibly(); try { //当队列塞满的时候,进行超时等待 while (count == items.length) { if (nanos <= 0) return false; nanos = notFull.awaitNanos(nanos); } //入列 enqueue(e); return true; } finally { //锁释放 lock.unlock(); } }
put(E e) 阻塞
往队列中添加一条元素,如果队列塞满了,则线程无限期等待。直到有出列方法执行后队列还有剩余空间,在出列方法中唤醒当前正在阻塞的入列线程,继续执行入列操作。
public void put(E e) throws InterruptedException { checkNotNull(e); final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lockInterruptibly(); try { //队列塞满了 while (count == items.length) //线程进行无限期等待 notFull.await(); //执行入列方法 enqueue(e); } finally { lock.unlock(); } } private void enqueue(E x) { final Object[] items = this.items; //入列:往数组中存入元素 items[putIndex] = x; /**判断元素是否存到了数组的最后一个位置上,如果是, 就把下一个元素入列的索引置为1,防止索引越界,*/ if (++putIndex == items.length) putIndex = 0; //入列成功,当前队列元素数量自增 count++; /**通知还在等待的出列方法,队列中已有元素, 可以进行出列了*/ notEmpty.signal(); }
add(E e) 失败则抛异常
//调用父类的add方法 public boolean add(E e) { return super.add(e); } //调用入列方法offer,offer入列失败,抛出异常,成功则返回true public boolean add(E e) { if (offer(e)) return true; else throw new IllegalStateException("Queue full"); }
poll()
从队列中取出一条元素,并删除,如果取出成功,返回被取出的元素,如果取出失败,则返回null
public E poll() { final ReentrantLock lock = this.lock; //上锁 lock.lock(); try { //队列为空,返回null,否则执行出列方法 return (count == 0) ? null : dequeue(); } finally { //释放锁 lock.unlock(); } } public E poll(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { //超时时间转换成纳秒 long nanos = unit.toNanos(timeout); final ReentrantLock lock = this.lock; //上锁,超时等待过程如果线程中断,则抛出异常 lock.lockInterruptibly(); try { //队列为空,超时等待,等待超时,返回null while (count == 0) { if (nanos <= 0) return null; nanos = notEmpty.awaitNanos(nanos); } //执行出列方法 return dequeue(); } finally { //释放锁 lock.unlock(); } }
E peek()
从队列中取出第一条元素,但不移除
public E peek() { final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lock(); try { return itemAt(takeIndex); // null when queue is empty } finally { lock.unlock(); } }
take()
从队列中取出一条元素,如果队列为空,则线程进行无限期等待,直到有执行入列操作的线程入列成功,队列中有元素后,在入列方法中环信当前正在等待出列的线程进行出列操作。
public E take() throws InterruptedException { final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lockInterruptibly(); try { while (count == 0) notEmpty.await(); return dequeue(); } finally { lock.unlock(); } } private E dequeue() { // 引用队列存放的数组 final Object[] items = this.items; @SuppressWarnings("unchecked") //获取要出列的元素 E x = (E) items[takeIndex]; //移除出列后的元素 items[takeIndex] = null; /**标记下次出列的元素的索引,并判断当前出列元素 是否是数组中最后一条元素,如果是则,标记下次出列元素索引为0,从数组头部开始出列*/ if (++takeIndex == items.length) takeIndex = 0; //出列成功,队列长度-1 count--; if (itrs != null) itrs.elementDequeued(); notFull.signal(); return x; }
remove()
public E remove() { E x = poll(); if (x != null) return x; else throw new NoSuchElementException(); }
- 抛异常:add、remove
- 返回特定值:offer(e)——boolean、poll()——null、peek()——null
- 阻塞:take、put
原文地址:https://www.cnblogs.com/starcrm/p/12707152.html
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