多线程篇（阻塞队列- ArrayBlockingQueue）（持续更新迭代）

news2024/11/5 22:37:09

一、源码分析

1. 先看个关系图

2. 构造方法

3. 核心属性

4. 核心功能

入队（放入数据）

出队（取出数据）

5. 总结

一、源码分析

1. 先看个关系图

PS：先看个关系图

ArrayBlockingQueue是最典型的有界阻塞队列，其内部是用数组存储元素的，

初始化时需要指定容量大小利用 ReentrantLock 实现线程安全。

在生产者-消费者模型中使用时，如果生产速度和消费速度基本匹配的情况下，使用

ArrayBlockingQueue是个不错选择；

当如果生产速度远远大于消费速度，则会导致队列填满，大量生产线程被阻塞。

使用独占锁ReentrantLock实现线程安全，入队和出队操作使用同一个锁对象，也就是只能有一个

线程可以进行入队或者出队操作；

这也就意味着生产者和消费者无法并行操作，在高并发场景下会成为性能瓶颈。

PS：从图中可以看有2个指针，插入和获取。

ArrayBlockingQueue使用

BlockingQueue<String> queue = new ArrayBlockingQueue(1024);
        queue.put("1");   //向队列中添加元素
        String take = queue.take(); // 获取元素

ArrayBlockingQueue特性

2. 构造方法

 public ArrayBlockingQueue(int capacity) {
        this(capacity, false);
    }

    public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair) {
        if (capacity <= 0)
            throw new IllegalArgumentException();
        this.items = new Object[capacity];
        lock = new ReentrantLock(fair);
        notEmpty = lock.newCondition();
        notFull =  lock.newCondition();
    }

参数：

capacity:定义数组大小
fair：true/false（公平、非公平锁）

默认是非公平锁的实现

3. 核心属性

public class ArrayBlockingQueue<E> extends AbstractQueue<E>
        implements BlockingQueue<E>, java.io.Serializable {

    /** 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;
}

属性说明

items：存放元素的数组。
takeIndex：获取的指针位置。
putIndex：插入的指针位置。
count：队列中的元素个数。
lock：内部锁。
notEmpty：消费者
notFull：生产者

4. 核心功能

入队（放入数据）

public void put(E e) throws InterruptedException {
    //检查是否为空
    checkNotNull(e);
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    //加锁，如果线程中断抛出异常 
    lock.lockInterruptibly();
    try {
       //阻塞队列已满，则将生产者挂起，等待消费者唤醒
       //设计注意点： 用while不用if是为了防止虚假唤醒
        while (count == items.length)
            notFull.await(); //队列满了，使用notFull等待（生产者阻塞）
        // 入队
        enqueue(e);
    } finally {
        lock.unlock(); // 唤醒消费者线程
    }
}
    
private void enqueue(E x) {
    final Object[] items = this.items;
    //入队   使用的putIndex
    items[putIndex] = x;
    if (++putIndex == items.length) 
        putIndex = 0;  //设计的精髓： 环形数组，putIndex指针到数组尽头了，返回头部
    count++;
    //notEmpty条件队列转同步队列，准备唤醒消费者线程，因为入队了一个元素，肯定不为空了
    notEmpty.signal();
}

put主要做了几件事情

1、加中断锁lockInterruptibly（和普通lock一样，只不过多了个判断，如果被中断，则抛异常）。

2、判断队列中的数组长度元素已满，满了则让生产者阻塞。

3、没满，则入队，调用enqueue方法

4、解锁

enqueue主要做了几件事情

1、入队时，把元素放在当前putIndex指针的位置上。

2、看下一指针位置是不是到了队尾，如果是，则改为0（设计的精髓：环形数组，putIndex指针

到数组尽头了，返回头部）。

3、数组元素+1

4、唤醒消费者线程，因为入队了一个元素，肯定不为空了。

出队（取出数据）

public E take() throws InterruptedException {
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    //加锁，如果线程中断抛出异常 
    lock.lockInterruptibly();
    try {
       //如果队列为空，则消费者挂起
        while (count == 0)
            notEmpty.await();
        //出队
        return dequeue();
    } finally {
        lock.unlock();// 唤醒生产者线程
    }
}
private E dequeue() {
    final Object[] items = this.items;
    @SuppressWarnings("unchecked")
    E x = (E) items[takeIndex]; //取出takeIndex位置的元素
    items[takeIndex] = null;
    if (++takeIndex == items.length)
        takeIndex = 0; //设计的精髓： 环形数组，takeIndex 指针到数组尽头了，返回头部
    count--;
    if (itrs != null)
        itrs.elementDequeued();
    //notFull条件队列转同步队列，准备唤醒生产者线程，此时队列有空位
    notFull.signal();
    return x;
}

take主要做了几件事情

1、添加中断锁。

2、判断队列是否为空，为空，消费者则挂起

3、如果不为空，则出队，调用dequeue方法

4、解锁

dequeue主要做了几件事情

1、取出takeIndex指针位置的元素。

2、看指针位置是不是到了队尾，如果是，则置0，下一次从头在拿。

3、唤醒生产者线程，此时队列有空位