ArrayBlockingQueue

最近得闲,看了一下阻塞队列的相关实现。在此分享一下我的一些体会。

BlockingQueue

ArrayBlockingQueue实现了接口BlockingQueue。顾名思义,BlockingQueue就是阻塞队列的意思。这包含两层意思:一、队列为空,可以 阻塞读请求直到队列中有元素再返回。二、队列为满,可以 阻塞写请求直到队列中有空位可以存放元素。请注意,这里只是可以,而不是一定。

BlockingQueue对读取、插入、删除提供了四种不同的方法:1、抛出异常;2、返回特殊值;3、阻塞直到操作成功;4、阻塞直到成功或者超时。参见下图:

方法

其中Special value(特殊值)是指null或者true/false。注意,阻塞队列是不允许存入null的,因为null已经在设计时被定为返回的特殊值。

BlockingQueue的实现是线程安全的,但是并不代表它所有的方法(包括继承的方法)都是线程安全的,比如addAll、containsAll、removeAll等方法。这些方法并一定不是原子操作(参见AbstractQueue)。

说了这么多,BlockingQueue最适用的场景是什么呢?生产者消费者模型。

ArrayBlockingQueue

ArrayBlockingQueue是BlockingQueue的实现之一,底层采用数组来实现。

从下面的代码中,我们可以看到有一个ReentrantLock,两个Condition。一个notFull的Condition,一个notEmpty的Condition,分别表示队列存在空位的情况(可写)和非空的情况(可读)。

/** The queued items */

final Object[] items;

/** items index for next take, poll, peek or remove */

int takeIndex;

/** items index for next put, offer, or add */

int putIndex;

/** Number of elements in the queue */

int count;

/*

* Concurrency control uses the classic two-condition algorithm

* found in any textbook.

*/

/** Main lock guarding all access */

final ReentrantLock lock;

/** Condition for waiting takes */

private final Condition notEmpty;

/** Condition for waiting puts */

private final Condition notFull;

如果你对AQS的细节了解的话,这里的代码也就好解释了。有一个读线程队列,有一个写线程队列,还有一个获取独占锁的阻塞队列。当线程读取到队列中没有元素时,会进入读线程队列;当线程写入满队列时,会进入写线程队列。只有等到各自的Condition发出signal时,才会转移到阻塞队列,抢夺独占锁。

ArrayBlockingQueue有三个构造函数:

1. 指定队列容量,限制队列的最大长度。

2. 指定独占锁是公平锁还是非公平锁。

3. 使用集合来初始化队列。

第三个构造函数有一个特别的地方:

构造函数

在lock.lock()处加了一处注释。只是为了可见性加锁,而不是为了互斥加锁。这里的可见性是指初始化数组用的集合参数的可见性。需要把整个集合添加到数组之后才能释放锁。

我们在看ArrayBlockingQueue的成员变量时发现有putIndex和takeIndex。这两个标志位分别表示插入元素时存放的位置和取出元素时的位置。ArrayBlockingQueue采用了数组循环存储的方式来存储数据。数组的最后一个位置被占据之后,会回到起点(index=0)存放新的数据。这里的putIndex就负责指向下一个存放的位置。

暂时写到这里,等后续有时间了再补上。

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