• LinkedBlockingQueue


      LinkecBlockQueue链表阻塞队列,从命名可以看出,它是基于链表实现的。同样这也是个先进先出的队列,队头是队列里入队时间最长的元素,队尾则是入队时间最短的。理论上它的吞吐量要超出数组阻塞队列ArrayBlockingQueue。LinkedBlockQueue可以指定容量限制,在没有指定的情况下,默认为Integer.MAX_VALUE

    1, 成员变量

     1 //最大容量
     2 private final int capacity;
     3 //当前队列长度
     4 pirvate final AtomicInteger count = new AtomaticInteger();
     5 //头结点,用于标志队列头,其item永远为null,head.next为第一个入队节点
     6 transient Node<E> head;
     7 //尾结点
     8 private transient Node<E> last;
     9 //取值锁,用于take/poll方法
    10 private final ReentrantLock takeLock = new ReentrantLock();
    11 //表示队列非空的对象监视器
    12 private final Condition notEmpty = takeLock.newCondition();
    13 //存值锁,用于put、offer等方法。
    14 private final ReentrantLock putLock = new ReentrantLock();
    15 //表示队列非满的对象监视器
    16 private final Condition notFull = putLock.newCondition();

      与ArrayBlockingQueue相比,LinkedBlockingQueue的重入锁被分成了两份,分别对应应存值和取值。这种实现方法被称为双锁队列算法,这样做的好处在于,读写操作的lock操作是由两个锁来控制,互不干涉,因此可以同时进行读操作和写操作,这也是LinkedBlockQueue吞吐量超过ArrayBlockingQueue的原因。但是,使用两个锁要比一个锁复杂很多,需要考虑各种死锁的情况。      

    2, signalNotEmpty()和signalNotFull()

      notEmpty/notFull分别对应非空和非满锁的条件监视器,signalNotEmpty()和signalNotFull()方法分别负责唤醒对应的入队、出队线程:

     1 private void signalNotEmpty() {
     2     final ReentrantLock takeLock = this.takeLock;
     3     takeLock.lock();
     4     try {
     5         notEmpty.signal();
     6     } finally {
     7         takeLock.unlock();
     8     }
     9 }
    10 private void signalNotFull() {
    11     final ReentrantLock putLock = this.putLock;
    12     putLock.lock();
    13     try {
    14         notFull.signal();
    15     } finally {
    16         putLoct.unlock();
    17     }
    18 }

           LinkedBlockingQueue使用双锁算法来实现,在需要唤醒重入锁的时候,重入锁与监视器可能不是对应的,以put(E)方法为例,存值方法在执行完成后,如果队列内有值存在,那么需要对notEmpty进行唤醒,但是put方法明显使用putLock进行加锁的,而notEmpty则是用来监视takeLock,所以需要封装signal方法,以便调用。

    3, add、put、offer方法

      LinkedBlockingQueue提供的存值方法中,并未实现add方法,该方法由父类AbstractQueue实现,父类的add方法直接调用了offer方法,并在offer返回false时抛出异常。

    put方法为入队方法,如果队列已满,那么阻塞当前线程,直到notFull被唤醒:

     1 public void put(E e) throws InerruptedException {
     2     if(e == null) throw new NulPointerException();
     3     int c = -1;
     4     Node<E> node = new Node<E>(e);
     5     final ReentrantLock putLock = this.putLock;
     6     final AtomicInteger count = this.count;
     7     putLock.lockInterruptibly();
     8     try {
     9         //队列已满情况下,阻塞当前线程
    10         while(count.get() == capacity) {
    11             notFull.await();
    12         }
    13         enqueue(node);
    14         c = count.getAndIncrement();
    15         //c+1小于容量,说明可以通知等待队列非满状态的对象监视器
    16         if(c + 1 < capacity) {
    17             notFull.signal();
    18         }
    19     } finally {
    20         putLock.unlock();
    21     }
    22     //c == 0意味着最新的count是由0变化为1,需要通知等待队列非空状态的线程
    23     if(c == 0) {
    24         signalNotEmpty();
    25     }
    26 }

      offer(E)方法,尝试入队一次,如果失败,返回false,offer和put的唯一区别在于offer会判断count是否达到容量,也就是判断队列是否已满,队满则不再执行入队操作。offer(E,long,TimeUnit)与put非常相似,会不停的尝试入队,区别在于使用了awaitNanos(long)方法而不是await()。

    4, remove、take、poll方法

    remove用于移除指定对象

     1 public boolean remove(Object o) {
     2     if(o == null) return false;
     3     fullyLock();
     4     try {
     5         for(Node<E> trail = head, p = trail.next; p != null; trail = p, p = p.next) {
     6             if(o.equals(p.item)) {
     7                 unlink(p, tail);
     8                 return true;
     9             }
    10         }
    11         return false;
    12     } finally {
    13         fullyUnlock();
    14     }
    15 }
    16 void fullyLock() {
    17     putLock.lock();
    18     takeLock.lock();
    19 }
    20 void fullyUnlock() {
    21     takeLock.unlock();
    22     putLock.unlock();
    23 }

      fullLock和fullyUnlock方法会对putLock和takeLock统一上锁或者解锁,因为LinkedBlockingQueue是一个双向链表,remove可能会同时影响到入队和出队操作。移除指定节点的原理是从头开始遍历,通过equals来确定是否一致。

           take方法会不停地尝试从队头出队

     1 public E take() throws InterruptedException {
     2     E x;
     3     int c = -1;
     4     final AtomicInteger count = this.count;
     5     final ReentrantLock takeLock = this.takeLock;
     6     takeLock.lockInterruptibly();
     7     try {
     8         //队列已空的情况下,阻塞当前线程
     9         while(count.get() == 0) {
    10             notEmpty.await();
    11         }
    12         x = dequeue();
    13         c = count.getAndDecrement();
    14         if(c > 1) {
    15             notEmpty.signal();
    16         }
    17     } finally {
    18         takeLock.unlock();
    19     }
    20     //意味着刚刚从队满状态脱离需要唤醒等待notFull状态的线程
    21     if(c == capacity) {
    22         signalNotFull();
    23     }
    24     return x;
    25 }

    poll()方法用于从队尾出队,与take()的区别是他只会尝试一次,失败返回null。poll(long, TimeUnit)有超时的poll,则会不停的请求出队。

     1 public E poll(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
     2     E x = null;
     3     int c = -1;
     4     long nanos = unit.toNanos(timeout);
     5     final AtomicInteger count = this.count;
     6     final ReentrantLock takeLock = this.takeLock;
     7     takeLock.lockInterruptibly();
     8     try {
     9         while (count.get() == 0) {
    10             if(nanos <= 0) {
    11                 return null;
    12             }
    13             nanos = notEmpty.awaitNanos(nanos);
    14         }
    15         x = dequene();
    16         c = count.getAndDecrement();
    17         if(c > 1) {
    18             notEmpty.signal();
    19         }
    20     } finally {
    21         takeLock.unlock();
    22     }
    23     if(c == capacity) {
    24         signalNotFull();
    25     }
    26     return x;
    27 }

           Poll(long, TimeUnit)的实现和take()基本一致,不同之处在于notEmpty对象监视器的await方法换成了带超时的awaitNanos方法,这将使poll(long, TimeUnit)阻塞给定时间,直到出队成功或者抛出中断异常。

    与ArrayBlockingQueue相比,LinkedBlockingQueue的实现更为复杂,但深究其实现,遵循以下原则:

           入队后,如果队列未满,那么唤醒下一入队线程,如果队列原本是空队列,那么唤醒出队线程。

           出队后,如果队列未空,那么唤醒下一出队线程,如果队列原本是满队列,那么唤醒入队线程。

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