• 一行一行读Java源码——LinkedBlockingQueue


    1、LinkedBlockingQueue概述

      Linked:链表+Blocking:阻塞+Queue:队列

      Queue:首先想到的是FIFO

      Linked:,Queue:其结构本质上是线性表,可以有链表和顺序表实现

      LinkedBlockingQueue就是链表实现

      ArrayBlockingQueue就是顺序表实现,因为Queue只在尾部操作,所以操作顺序表和链表的时间复杂度是一样的,但顺序表的实现占用更小的空间,因为不需要指针域,但是空间必须是连续的。而链表不需要连续的空间,但需要next来指向下一个结点

      

      Blocking:阻塞,LinkedBlockingQueue是线程安全的,当队列满以后,所有的入队操作都会被阻塞,当队列空的时候,所有的出队都将被阻塞。队列初始化时我们可以初始化长度Capacity.如果没有指定长度,默认是Integer.Max_Value.显然Capacity是一个不可改变的值

      

    2、LinkedBlockingQueue源码详解

      如果要看懂LinkedBlockingQueue的源码必须连接Wai/Notify以及AbstractQueuedSychronizer(AQS),个人认为并发编程必须要掌握的三个知识。等待通知机制、CAS、AQS

      2.1 Head和Last分别表示队列的头尾,可快速定位take和put操作位置。注意头结点head和首结点First的区别

      

      2.2 Count表示当前队列中元素的个数,其使用并发包下面的AtomicInteger类来实现原子操作,该类的核心操作还是CAS, AtomicInteger对于队列的线程安全有着至关重要的作用,因为接下来要看take和put是两个相对独立的锁

      2.3、有兴趣的话可以看看ArrayBlockingQueue,其中只使用了一个锁来保证线程安全,所以它的Count没有使用AtomicInteger,而是一个int类型

      

      2.3、锁与条件

        TakeLock和PutLock分别定义了take和put操作的锁

        take操作的条件是notEmpty,所以在执行take操作的时候,要先判断当前队列是否还有元素可以take.如果没有那么就要执行notEmpty.await()方法让take线程阻塞

        put操作的条件是notFull,所以在执行put操作的时候,会先判断当前队列是否还有空间可以put操作。如果没有空间那么put制作执行notFull.await()方法

         成功take以后,会判断take之前队列是不是满的,如果是可能会有put线程被阻塞了,所以会调用singnalNotFull()方法去唤醒那些阻塞的put线程

            成功put以后会判断在put之前队列是不是空的,如果是,说明可能会有take线程是阻塞的,所以会调用SignalNotEmpty()去唤醒那些take线程

           前两部设计的相当好,先判断Empty或Full,然后再去调用唤醒方法。避免无谓的唤醒操作

        

       2.4:LinkedBlockingQueue构造方法

      

      put操作

      1、在尾部插入一个指定的元素e,如果没有空间,线程将会等待

        2、e不允许为空,该队列不存储null元素,否则抛出NullPointException()异常

      3、局部变量c初始值是-1,其存储当前队列的元素个数,准确的说是put之前的操作个数,因为c=count.getAndIncrent(),而getAndIncrentment()返回的是previous()值(c的值很重要,不然无法理解唤醒的操作) 

      4、putLock.Interruptily()获取锁

      5、如果count.get()==Capacity.说明队列已经没有剩余空间了,那么条件为NotFull的操作,put操作线程要执行语句notFull.await()进入等待。否则正常入队

      6、正常入队后,count+1,c获取的是入队前的值(这点需要注意)

      7、c+1 < capacity,表示当前队列的个数小于capacity,那么就可以唤醒一下那些条件为not Empty的put操作线程(当日此时不一定有等待线程)

      8、如果c==0,即put之前队列是空的,那么就有可能take操作线程在等待,所以执行signalNotEmpty(),该方法先获取take锁,然后唤醒等待take线程来take

      

      1、|take和put原理上是相同的,take是从first节点开始出队,注意区分head;如果队列中没有节点,那么take线程就需要等待

      2、局部变量c初始值为-1,其存储当前队列的元素个数,准确地说是take操作之前的元素个数

      3、takeLock.lockInterruptibly() 获取take lock

      4、count.get() == 0,如果当前队列中没有元素,那么条件为not Empty 的take操作线程将要等待;否则正常出队

      5、c > 1 表示take以前队列中至少是有2个元素,那么可以唤醒其它在等待的take线程,操作为notEmpty.signal()

      6、c == capacity 表示take操作前队列是满的,那么就有可能有put线程在等待着,因此执行signalNotFull(),该方法首先获取put锁,然后唤醒那些可能在等待的put线程

      

      1、重载的两个offer方法本质上也是put操作,但在操作上略有不同。

      2、一个offer方法提供了线程等待时间,其先进入条件的等待队列等待

      3、另一个offer方法是能入队就入队,不能就返回false,不等了

      4、这两种offer方法可根据实际需要来适当选择

    poll与peek

      1、两个poll方法也是take的改版,一个是超时等待,一个干脆就不等了,有就取,没有就算了。两种方法可在实际应用中按需选用

      2、peek方法和take方法不同的是没有出队,只是"看看"首元素first.item

    总结

      1、LinkedBlockingQueue体现了生产者/消费者模型,借助wait/notify机制,可实现take、put操作线程的等待与唤醒

      2、AtomicInteger类型的count(队列中当前元素个数)以及双锁机制(take和put锁)共同使得LinkedBlockingQueue是线程安全的。实现方式值得学习和体会

      3、

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