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[Java教程]ArrayBlockingQueue-我们到底能走多远系列


我们到底能走多远系列(42)

扯淡:

  乘着有空,读些juc的源码学习下。后续把juc大致走一边,反正以后肯定要再来。

主题:

BlockingQueue 是什么
A java.util.Queue that additionally supports operations that wait for the queue to become non-empty when retrieving an element, and wait for space to become available in the queue when storing an element. 
一个能阻塞的队列在两个操作队列时的阻塞:
  1,获取队列中元素时,队列为空,则阻塞,直到队列中有元素。
  2,存放一个元素时,队列已满,则阻塞,直到队列中有空位置可以存放。
BlockingQueue 作为接口规定了实现的规矩。
下面是队列核心的存取操作方法的4个种类:
 Throws exceptionSpecial valueBlocksTimes out
Insertadd(e)offer(e)put(e)offer(e, time, unit)
Removeremove()poll()take()poll(time, unit)
Examineelement()peek()not applicablenot applicable

 
根据上面表,在队列满或空时的策略分别包含了,抛出异常,返回boolean值,阻塞线程,阻塞到超时。
为什么要这么选择,就不清楚了。我们需要注意的是除了第三种,其他方法都没有真正阻塞线程。
 
ArrayBlockingQueue:
内部用数组实现的一个queue,按照元素先进先出(FIFO)原则。初始化后,队列容量不可改变。
支持可选的公平机制,来保证阻塞的操作线程能按照顺序排列等待。默认是不公平机制。
 
源码实现:
1,使用Object[]的一个数组来存储元素
// 队列存放元素的容器final Object[] items;// 下一次读取或移除的位置int takeIndex;// 存放下一个放入元素的位置int putIndex;// 队列里有效元素的数量int count;// 所有访问的保护锁final ReentrantLock lock;// 等待获取的条件private final Condition notEmpty;// 等待放入的条件private final Condition notFull;

2,整个队列是有一个环绕机制的,比如这时候我一直取数据,那么读取的下标会一直后移,知道数组的末尾。如果这时候制定数组的尾部后一个下标时数组的头位。如此即实现环绕的一个队列。如此实现十分精妙,可说是整个队列实现的基础机制。

如此,这个队列的容量是不可改变的。

// 指针前移final int inc(int i) {  return (++i == items.length) ? 0 : i;}// 指针后移final int dec(int i) {  return ((i == 0) ? items.length : i) - 1;}

3,直接看下核心的put和take方法实现:

put

  public void put(E e) throws InterruptedException {    checkNotNull(e);//不能放null    final ReentrantLock lock = this.lock;//先把锁赋给final修饰的局部变量    // 在JUC的很多类里,都会看到这种写法:把类的属性赋值给方法内的用final修饰一个变量。    // 这是因为类的属性是存放在堆里的,方法内的变量是存放在方法栈上的,访问方法栈比访问堆要快。    // 在这里,this.lock属性要访问两次,通过赋值给方法的局部变量,就节省了一次堆的访问。    // 其他的类属性只访问一次就不需要这样处理了。    lock.lockInterruptibly();//加锁    try {      //循环保证避免避免虚假唤醒,虚假唤醒就是此事如果有多个线程都wait,
       //而被同时唤醒时都会去执行下面的insert //如果在while循环中,那么唤醒后先判断count大小,来确定是继续wait还是insert。 while (count == items.length) notFull.await();//阻塞线程 insert(e); } finally { lock.unlock();//释放锁 } }

 take

  public E take() throws InterruptedException {    final ReentrantLock lock = this.lock;    lock.lockInterruptibly();    try {      while (count == 0)        notEmpty.await();      return extract();    } finally {      lock.unlock();    }  }

其中使用到insert和extract方法,当然也可以看到只有持有锁的情况下才会调用这两个方法,如此这个方法的调用不需要关系是否线程安全,调用前保证线程安全:

  private void insert(E x) {    items[putIndex] = x;// 1,存值,非常简便    putIndex = inc(putIndex);//2,移动下标,使用inc方法    ++count;//3,增加元素总数    notEmpty.signal();//4,通知在非空条件上等待的读线程   }

  private E extract() {    final Object[] items = this.items;//先将类变量赋给方法变量,前面提过这个用处    E x = this.<E>cast(items[takeIndex]);    items[takeIndex] = null;    takeIndex = inc(takeIndex);    --count;    notFull.signal();    return x;  }

 

操作示意图:

1,一个环的数组

 

2,再放一个元素:

 

 

3,取一个元素

 

 

当然ArrayBlockingQueue里还有其他方法,这里就不赘述了。有兴趣的同学可以深入继续探索。

 

总结:

 1,一个环的数组设计十分巧妙。

 2,将类变量赋给方法变量的编码方式

 

 

让我们继续前行

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努力不一定成功,但不努力肯定不会成功。