【JAVA高级面试题】运用锁机制实现一个自定义的阻塞队列

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前言

前几天看见一个高级Java面试题，我觉得很有代表意义。既考察了面试者的基本锁机制运用，也了解了阻塞队列的产生实现原理。先分享出来，以供鉴赏。

面试题：实现一个自定义的阻塞队列，它应该支持以下功能：

添加元素到队列末尾（如果队列已满，则阻塞添加线程直到有空间）

从队列头部移除元素（如果队列为空，则阻塞获取元素的线程直到有元素可消费）

查询队列是否为空

查询队列是否已满

要求使用Java的ReentrantLock和Condition类来实现线程间的同步。

实战演示

既然题目说到了使用Java的ReentrantLock和Condition类来实现线程间的同步，也就为我们指明了方向，直接可以按照题目的思路进行编码。当然，如果题目没有要求使用技术点，你是否知道还有哪些方式可以实现这个阻塞队列呢？

自定义阻塞队列编码如下：

bash 复制代码

/**
 * CustomBlockingQueue
 * @author senfel
 * @date 2024/2/21 12:50
 */
public class CustomBlockingQueue<T> {
    private final LinkedList<T> queue = new LinkedList<>();
    private final int capacity;
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    private final Condition notEmpty = lock.newCondition();
    private final Condition notFull = lock.newCondition();

    public CustomBlockingQueue(int capacity) {
        this.capacity = capacity;
    }

    /**
     * put
     * @author senfel
     * @date 2024/2/21 12:52
     * @return void
     */
    public void put(T item) throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while (queue.size() == capacity) {
                notFull.await();
            }
            if (queue.isEmpty()) {
                notEmpty.signal(); // 如果之前有等待的消费者，现在可以唤醒了
            }
            queue.addLast(item);
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    /**
     * take
     * @author senfel
     * @date 2024/2/21 12:59
     * @return void
     */
    public T take() throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while (queue.isEmpty()) {
                notEmpty.await();
            }
            if (queue.size() == capacity) {
                notFull.signal(); // 如果之前有等待的生产者，现在可以唤醒了
            }
            return queue.removeFirst();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }


    public boolean isEmpty() {
        lock.lock();
        try {
            return queue.isEmpty();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public boolean isFull() {
        lock.lock();
        try {
            return queue.size() == capacity;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

写在最后

这个CustomBlockingQueue类使用了Java并发包中的ReentrantLock作为锁机制，并通过其条件变量notEmpty和notFull分别管理队列空和队列满的情况。当队列满时，调用put方法会阻塞，直到有空间；当队列空时，调用take方法也会阻塞，直到有元素可消费。同时，当添加或删除元素改变队列状态时，会适当调整对应的条件变量以唤醒等待的线程。