并发集合类(4):ArrayBlockingQueue

什么是ArrayBlockingQueue?

ArrayBlockingQueueJUC里的一个有界阻塞队列 ,底层基于数组实现,非常适合用来做生产者-消费者模型

ArrayBlockingQueue的设计和用途和LinkedBlockingQueue类似,只是底层实现不同。

相同之处:

  1. 都实现了Blocking接口,支持阻塞的puttake方法
  2. 内部使用ReentrantLock来实现线程安全
  3. 都可以设置容量,作为有界队列

不同之处:

  1. 底层一个是数组实现,一个是链表实现
  2. LinkedBlockingQueue可以作为无界队列来使用
  3. ArrayBlockingQueue内部只有一把锁,读写互斥,因此并发度更低,而LinkedBlockingQueue内部有两把锁,读写并行,并发度更高。
  4. ArrayBlockingQueue可以实现公平队列

ArrayBlockingQueue的内部数据结构

java 复制代码
final Object[] items;
## 
int takeIndex;

int putIndex;

int count;

final ReentrantLock lock;

private final Condition notEmpty;

private final Condition notFull;

transient Itrs itrs;

items是真正存放队列元素的数组,逻辑上是环形数组。

takeIndexputIndex是位置指针,一个指向队头,一个指向队尾。count则是用来判空和满的。

lock用于内部并发控制,notEmptynotFull是对应的条件队列。

itrs管理所有活跃迭代器的共享状态。

ArrayBlockingQueue的方法

构造方法

java 复制代码
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();
}

ArrayBlockingQueue的构造方法中,可以设置队列的大小以及是否为公平队列。

offer操作

效果同LinkedBlockingQueueoffer操作。

java 复制代码
public boolean offer(E e) {
    Objects.requireNonNull(e);
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lock();
    try {
        if (count == items.length)
            return false;
        else {
            enqueue(e);
            return true;
        }
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}
private void enqueue(E e) {
    // assert lock.isHeldByCurrentThread();
    // assert lock.getHoldCount() == 1;
    // assert items[putIndex] == null;
    final Object[] items = this.items;
    items[putIndex] = e;
    if (++putIndex == items.length) putIndex = 0;
    count++;
    notEmpty.signal();
}
  1. 加锁
  2. 如果队列已满,则直接返回false
  3. 加入队列,唤醒阻塞的take线程
  4. 解锁

put操作

put操作也与LinkedBlockingQueue类似

java 复制代码
public void put(E e) throws InterruptedException {
    Objects.requireNonNull(e);
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lockInterruptibly();
    try {
        while (count == items.length)
            notFull.await();
        enqueue(e);
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}
  1. 加锁
  2. 当队列已满的时候,放入条件队列中
  3. 入队
  4. 解锁

poll操作

java 复制代码
public E poll() {
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lock();
    try {
        return (count == 0) ? null : dequeue();
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}
  1. 加锁
  2. 如果队列为空,返回空值,否则出队
  3. 解锁

take操作

java 复制代码
public E take() throws InterruptedException {
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lockInterruptibly();
    try {
        while (count == 0)
            notEmpty.await();
        return dequeue();
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}
  1. 加锁
  2. 如果队列为空,则进入条件队列
  3. 出队
  4. 解锁

size方法

java 复制代码
public int size() {
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lock();
    try {
        return count;
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

ArrayBlockingQueuesize()方法是加锁的,因为count并没有被volatile所修饰,需要使用加锁的语义来获取最新的count

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