前往小程序,Get更优阅读体验!
立即前往
首页
学习
活动
专区
工具
TVP
发布
社区首页 >专栏 >阻塞队列和ArrayBlockingQueue源码解析(JDK1.8)

阻塞队列和ArrayBlockingQueue源码解析(JDK1.8)

作者头像
java404
发布2018-05-18 11:20:16
8480
发布2018-05-18 11:20:16
举报
文章被收录于专栏:java 成神之路

什么是阻塞队列

当队列中为空时,从队列中获取元素的操作将被阻塞,当队列满时,向队列中添加元素的操作将被阻塞。试图从空的阻塞队列中获取元素的线程将会被阻塞,直到其它的线程往队列中插入新的元素。同样,试图往满的队列中添加新元素的线程也会被阻塞,直到有其他的线程使队列重新变的空闲起来。

处理方式

抛出异常

返回特殊值

一直阻塞

超时退出

插入方法

add(e)

offer(e)

put()

offer(e, time, unit)

移除方法

remove()

poll(e)

take()

poll(time, unit)

检查方法

element()

peek()

  • 抛出异常:当队列满时,再向队列中插入元素,则会抛出IllegalStateException异常。当队列空时,再向队列中获取元素,则会抛出NoSuchElementException异常。
  • 返回特殊值:当队列满时,向队列中添加元素,则返回false,否则返回true。当队列为空时,向队列中获取元素,则返回null,否则返回元素。
  • 一直阻塞:当阻塞队列满时,如果生产者向队列中插入元素,则队列会一直阻塞当前线程,直到队列可用或响应中断退出。当阻塞队列为空时,如果消费者线程向阻塞队列中获取数据,则队列会一直阻塞当前线程,直到队列空闲或响应中断退出。
  • 超时退出:当队列满时,如果生产线程向队列中添加元素,则队列会阻塞生产线程一段时间,超过指定的时间则退出返回false。当队列为空时,消费线程从队列中移除元素,则队列会阻塞一段时间,如果超过指定时间退出返回null。

java里的阻塞队列

  1. ArrayBlockingQueue: 一个由数组结构组成的有界队列。此队列按照先进先出的顺序进行排序。支持公平锁和非公平锁。
  2. LinkedBlockingQueue:一个由链表结构组成的有界队列,此队列的长度为Integer.MAX_VALUE。此队列按照先进先出的顺序进行排序。
  3. PriorityBlockingQueue: 一个支持线程优先级排序的无界队列,默认自然序进行排序,也可以自定义实现compareTo()方法来指定元素排序规则,不能保证同优先级元素的顺序。
  4. DelayQueue: 一个实现PriorityBlockingQueue实现延迟获取的无界队列,在创建元素时,可以指定多久才能从队列中获取当前元素。只有延时期满后才能从队列中获取元素。
  5. SynchronousQueue: 一个不存储元素的阻塞队列,每一个put操作必须等待take操作,否则不能添加元素。支持公平锁和非公平锁。
  6. LinkedTransferQueue: 一个由链表结构组成的无界阻塞队列,相当于其它队列,LinkedTransferQueue队列多了transfer和tryTransfer方法。
  • transfer:如果当前有消费线程正在获取元素,transfer则把元素直接传给消费线程,否则加入到队列中,知道该元素被消费才返回。
  • tryTransfer:如果当前有消费这正在获取元素,tryTransfer则把元素直接传给消费线程,否则立即返回false;
  1. LinkedBlockingDeque: 一个由链表结构组成的双向阻塞队列。队列头部和尾部都可以添加和移除元素,多线程并发时,可以将锁的竞争最多降到一半。

ArrayBlockingQueue 的源码解析

ArrayBlockingQueue类的结构如下:

代码语言:javascript
复制
    public class ArrayBlockingQueue<E> extends AbstractQueue<E>
        implements BlockingQueue<E>, java.io.Serializable {
        private static final long serialVersionUID = -817911632652898426L;
        final Object[] items;  //用数据来存储元素的容器
        int takeIndex;  //下一次读取或移除的位置(remove、poll、take )
        int putIndex;  //下一次存放元素的位置(add、offer、put)
        int count;  //队列中元素的总数
        final ReentrantLock lock;  //所有访问的保护锁
        private final Condition notEmpty;  //等待获取元素的条件
        private final Condition notFull;  //等待存放元素的条件
        略...

可以看出ArrayBlockingQueue内部使用final修饰的对象数组来存储元素,一旦初始化数组,数组的大小就不可改变。使用ReentrantLock锁来保证锁竞争,使用Condition来控制插入或获取元素时,线程是否阻塞。

代码语言:javascript
复制
  public void put(E e) throws InterruptedException {
        checkNotNull(e);
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        //获得支持响应中断的锁
        lock.lockInterruptibly();
        try {
            //使用while循环来判断队列是否已满,防止假唤醒
            while (count == items.length)
                notFull.await();
            enqueue(e);
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

首先获得锁,然后判断队列是否已满,如果已满则阻塞当前生产线程,直到队列中空闲时,被唤醒操作。队列空闲则调用enqueue 插入元素。

代码语言:javascript
复制
private void enqueue(E x) {
        // assert lock.getHoldCount() == 1;
        // assert items[putIndex] == null;
        final Object[] items = this.items;
        //把当前元素插入到数组中去
        items[putIndex] = x;
        //这里可以看出这个数组是个环形数组
        if (++putIndex == items.length)
            putIndex = 0;
        count++;
        // 唤醒在notEmpty条件上等待的线程 
        notEmpty.signal();
    }

把元素插入到队列中去,可以看出这个队列中的数组是环形数组结构,这样每次插入、移除的时候不需要复制移动数组中的元素。

代码语言:javascript
复制
    public E take() throws InterruptedException {
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        //获得可响应中断锁
        lock.lockInterruptibly();
        try {
            //使用while循环来判断队列是否已满,防止假唤醒
            while (count == 0)
                notEmpty.await();
            return dequeue();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

消费者线程从阻塞队列中获取元素,如果队列中元素为空,则阻塞当前的消费者线程直到有数据时才调用dequeue方法获取元素。否则直接调用dequeue方法获取元素

代码语言:javascript
复制
    private E dequeue() {
        // assert lock.getHoldCount() == 1;
        // assert items[takeIndex] != null;
        final Object[] items = this.items;
        @SuppressWarnings("unchecked")
        //获取元素
        E x = (E) items[takeIndex];
        //将当前位置的元素设置为null
        items[takeIndex] = null;
        //这里可以看出这个数组是个环形数组
        if (++takeIndex == items.length)
            takeIndex = 0;
        count--;
        if (itrs != null)
            //修改迭代器参数
            itrs.elementDequeued();
        // 唤醒在notFull条件上等待的线程 
        notFull.signal();
        return x;
    }

直接从数据中获取items[takeIndex]的元素,并设置当前位置的元素为null,并设置下一次takeIndex的坐标(++takeIndex),队列元素总数-1等操作。

代码语言:javascript
复制
    public boolean offer(E e) {
        checkNotNull(e);
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        //获得不可响应中断的锁
        lock.lock();
        try {
            if (count == items.length)
                return false;
            else {
                //
                enqueue(e);
                return true;
            }
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

首先判断队列中的元素是否已满,如果已满则直接返回false,否则调用enqueue方法向队列中插入元素,插入成功返回true。

代码语言:javascript
复制
    public E poll() {
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        //获得不可响应中断的锁
        lock.lock();
        try {
            return (count == 0) ? null : dequeue();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

判断队列是否为空,如果为空返回null,否则调用dequeue方法返回元素。

代码语言:javascript
复制
    public boolean add(E e) {
        if (offer(e))
            return true;
        else
            throw new IllegalStateException("Queue full");
    }

首先调用offer方法插入元素,插入成功返回true,否则抛出IllegalStateException异常。

代码语言:javascript
复制
    public E remove() {
        E x = poll();
        if (x != null)
            return x;
        else
            throw new NoSuchElementException();
    }

首先调用poll方法获取元素,如果不为空则直接返回,否则抛出NoSuchElementException异常。

代码语言:javascript
复制
    public boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException {

        checkNotNull(e);
        //得到超时的时间
        long nanos = unit.toNanos(timeout);
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        //获得可响应中断的锁
        lock.lockInterruptibly();
        try {
            while (count == items.length) {
                if (nanos <= 0)
                    return false;
                nanos = notFull.awaitNanos(nanos);
            }
            enqueue(e);
            return true;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

首先判断队列是否已满,如果已满再循环判断超时时间是否超时,超时则直接返回false,否则阻塞该生产线程nanos时间,如果nanos时间之内唤醒则调用enqueue方法插入元素。如果队列不满则直接调用enqueue方法插入元素,并返回true。

代码语言:javascript
复制
    public E poll(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
        //得到超时的时间
        long nanos = unit.toNanos(timeout);
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        //获得可响应中断的锁
        lock.lockInterruptibly();
        try {
            while (count == 0) {
                if (nanos <= 0)
                    return null;
                nanos = notEmpty.awaitNanos(nanos);
            }
            return dequeue();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

首先循环判断队列是否为空,如果为空再判断是否超时,超时则返回null。不超时则等待,在nanos时间唤醒则调用dequeue方法获取元素。

代码语言:javascript
复制
    public E element() {
        E x = peek();
        if (x != null)
            return x;
        else
            throw new NoSuchElementException();
    }

调用peek方法获取元素,元素不为空则返回,否则抛出NoSuchElementException异常。

代码语言:javascript
复制
    public E peek() {
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        try {
            return itemAt(takeIndex); // null when queue is empty
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    
    final E itemAt(int i) {
        return (E) items[i];
    }

调用itemAt方法获取元素。

** 其它的阻塞队列实现原理都类似,都是使用ReentrantLock和Condition来完成并发控制、阻塞的。 **


本文参与 腾讯云自媒体同步曝光计划,分享自作者个人站点/博客。
原始发表:2017.04.16 ,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

本文分享自 作者个人站点/博客 前往查看

如有侵权,请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。

本文参与 腾讯云自媒体同步曝光计划  ,欢迎热爱写作的你一起参与!

评论
登录后参与评论
0 条评论
热度
最新
推荐阅读
目录
  • 什么是阻塞队列
  • java里的阻塞队列
  • ArrayBlockingQueue 的源码解析
相关产品与服务
容器服务
腾讯云容器服务(Tencent Kubernetes Engine, TKE)基于原生 kubernetes 提供以容器为核心的、高度可扩展的高性能容器管理服务,覆盖 Serverless、边缘计算、分布式云等多种业务部署场景,业内首创单个集群兼容多种计算节点的容器资源管理模式。同时产品作为云原生 Finops 领先布道者,主导开源项目Crane,全面助力客户实现资源优化、成本控制。
领券
问题归档专栏文章快讯文章归档关键词归档开发者手册归档开发者手册 Section 归档