死磕 java集合之LinkedBlockingQueue源碼分析

時間 2019-11-09

標籤 java 集合 linkedblockingqueue 源碼分析欄目 Java 简体版

原文原文鏈接

問題

（1）LinkedBlockingQueue的實現方式？java

（2）LinkedBlockingQueue是有界的仍是無界的隊列？node

（3）LinkedBlockingQueue相比ArrayBlockingQueue有什麼改進？安全

簡介

LinkedBlockingQueue是java併發包下一個以單鏈表實現的阻塞隊列，它是線程安全的，至於它是否是有界的，請看下面的分析。多線程

源碼分析

主要屬性

// 容量
private final int capacity;

// 元素數量
private final AtomicInteger count = new AtomicInteger();

// 鏈表頭
transient Node<E> head;

// 鏈表尾
private transient Node<E> last;

// take鎖
private final ReentrantLock takeLock = new ReentrantLock();

// notEmpty條件
// 當隊列無元素時，take鎖會阻塞在notEmpty條件上，等待其它線程喚醒
private final Condition notEmpty = takeLock.newCondition();

// 放鎖
private final ReentrantLock putLock = new ReentrantLock();

// notFull條件
// 當隊列滿了時，put鎖會會阻塞在notFull上，等待其它線程喚醒
private final Condition notFull = putLock.newCondition();

（1）capacity，有容量，能夠理解爲LinkedBlockingQueue是有界隊列併發

（2）head, last，鏈表頭、鏈表尾指針源碼分析

（3）takeLock，notEmpty，take鎖及其對應的條件this

（4）putLock, notFull，put鎖及其對應的條件spa

（5）入隊、出隊使用兩個不一樣的鎖控制，鎖分離，提升效率線程

內部類

static class Node<E> {
    E item;

    Node<E> next;

    Node(E x) { item = x; }
}

典型的單鏈表結構。指針

主要構造方法

public LinkedBlockingQueue() {
    // 若是沒傳容量，就使用最大int值初始化其容量
    this(Integer.MAX_VALUE);
}

public LinkedBlockingQueue(int capacity) {
    if (capacity <= 0) throw new IllegalArgumentException();
    this.capacity = capacity;
    // 初始化head和last指針爲空值節點
    last = head = new Node<E>(null);
}

入隊

入隊一樣有四個方法，咱們這裏只分析最重要的一個，put(E e)方法：

public void put(E e) throws InterruptedException {
    // 不容許null元素
    if (e == null) throw new NullPointerException();
    int c = -1;
    // 新建一個節點
    Node<E> node = new Node<E>(e);
    final ReentrantLock putLock = this.putLock;
    final AtomicInteger count = this.count;
    // 使用put鎖加鎖【本篇文章由公衆號「彤哥讀源碼」原創】
    putLock.lockInterruptibly();
    try {
        // 若是隊列滿了，就阻塞在notFull條件上
        // 等待被其它線程喚醒
        while (count.get() == capacity) {
            notFull.await();
        }
        // 隊列不滿了，就入隊
        enqueue(node);
        // 隊列長度加1
        c = count.getAndIncrement();
        // 若是現隊列長度若是小於容量
        // 就再喚醒一個阻塞在notFull條件上的線程
        // 這裏爲啥要喚醒一下呢？
        // 由於可能有不少線程阻塞在notFull這個條件上的
        // 而取元素時只有取以前隊列是滿的纔會喚醒notFull
        // 爲何隊列滿的才喚醒notFull呢？
        // 由於喚醒是須要加putLock的，這是爲了減小鎖的次數
        // 因此，這裏索性在放完元素就檢測一下，未滿就喚醒其它notFull上的線程
        // 說白了，這也是鎖分離帶來的代價
        if (c + 1 < capacity)
            notFull.signal();
    } finally {
        // 釋放鎖
        putLock.unlock();
    }
    // 若是原隊列長度爲0，如今加了一個元素後當即喚醒notEmpty條件
    if (c == 0)
        signalNotEmpty();
}

private void enqueue(Node<E> node) {
    // 直接加到last後面
    last = last.next = node;
}    

private void signalNotEmpty() {
    final ReentrantLock takeLock = this.takeLock;
    // 加take鎖
    takeLock.lock();
    try {
        // 喚醒notEmpty條件
        notEmpty.signal();
    } finally {
        // 解鎖
        takeLock.unlock();
    }
}

（1）使用putLock加鎖；

（2）若是隊列滿了就阻塞在notFull條件上；

（3）不然就入隊；

（4）若是入隊後元素數量小於容量，喚醒其它阻塞在notFull條件上的線程；

（5）釋放鎖；

（6）若是放元素以前隊列長度爲0，就喚醒notEmpty條件；

出隊

出隊一樣也有四個方法，咱們這裏只分析最重要的那一個，take()方法：

public E take() throws InterruptedException {
    E x;
    int c = -1;
    final AtomicInteger count = this.count;
    final ReentrantLock takeLock = this.takeLock;
    // 使用takeLock加鎖
    takeLock.lockInterruptibly();
    try {
        // 若是隊列無元素，則阻塞在notEmpty條件上
        while (count.get() == 0) {
            notEmpty.await();
        }
        // 不然，出隊
        x = dequeue();
        // 獲取出隊前隊列的長度
        c = count.getAndDecrement();
        // 若是取以前隊列長度大於1，則喚醒notEmpty
        if (c > 1)
            notEmpty.signal();
    } finally {
        // 釋放鎖【本篇文章由公衆號「彤哥讀源碼」原創】
        takeLock.unlock();
    }
    // 若是取以前隊列長度等於容量
    // 則喚醒notFull
    if (c == capacity)
        signalNotFull();
    return x;
}

private E dequeue() {
    // head節點自己是不存儲任何元素的
    // 這裏把head刪除，並把head下一個節點做爲新的值
    // 並把其值置空，返回原來的值
    Node<E> h = head;
    Node<E> first = h.next;
    h.next = h; // help GC
    head = first;
    E x = first.item;
    first.item = null;
    return x;
}

private void signalNotFull() {
    final ReentrantLock putLock = this.putLock;
    putLock.lock();
    try {
        // 喚醒notFull
        notFull.signal();
    } finally {
        putLock.unlock();
    }
}

（1）使用takeLock加鎖；

（2）若是隊列空了就阻塞在notEmpty條件上；

（3）不然就出隊；

（4）若是出隊前元素數量大於1，喚醒其它阻塞在notEmpty條件上的線程；

（5）釋放鎖；

（6）若是取元素以前隊列長度等於容量，就喚醒notFull條件；