LinkedBlockingQueue

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LinkedBlockingQueue是一个线程安全的阻塞队列，它实现了BlockingQueue接口，BlockingQueue接口继承自java.util.Queue接口，并在这个接口的基础上增加了take和put方法，这两个方法正是队列操作的阻塞版本。

 

LinkedBlockingQueue

首先看看LinkedBlockingQueue的类图

从图中可以看出LinkedBlockingQueue中引入了两把锁takeLock和putLock，显然分别是用于take操作和put操作的。既LinkedBlockingQueue入队和出队用的是不同的锁，那么LinkedBlockingQueue可以同时进行入队和出队操作。

同时，还引入了两个条件变量，notEmpty和notFull,参照生产者消费者模型，当队列不空的时候消费者可以消费，当队列不满的时候，生产者可以生产。所以notEmpty是告诉程序现在队列中有元素，可以执行take操作；notFull告诉程序队列还没满，还可以往里面放。

类图中还有一个count字段，是记录队列中结点个数的，因此对于LinkedBlockingQueue来说，获取队列的size时间复杂度为o(1),capacity为队列的容量，head和last指针分别指向队头和队尾元素。

 

入队操作

    public void put(E e) throws InterruptedException {
        if (e == null) throw new NullPointerException();//1
        int c = -1;
        Node node = new Node(e);
        final ReentrantLock putLock = this.putLock;
        final AtomicInteger count = this.count;
        putLock.lockInterruptibly();
        try {
            while (count.get() == capacity) {//2
                notFull.await();
            }
            enqueue(node);//3
            c = count.getAndIncrement();//4
            if (c + 1 < capacity)
                notFull.signal();//5
        } finally {
            putLock.unlock();
        }
        if (c == 0)
            signalNotEmpty();//6
    }

1、首先检查需要入队的元素是否为空，若为空抛出InterruptedException异常（1处所示）；

2、然后获取putLock锁，判断队列是否已满，如果已满就挂起当前线程，直到notFull这个条件满足(2处所示)；

3、到此表明队列未满，可以入队，和普通入队操作一样（3所示）；

4、入队后将队列count+1，count采用的是AtomicInteger的原子操作（4所示）；

5、再次判断是否已满，如果未满就通知其他线程（5所示）

6、执行完以上步骤后就解putLock锁。c默认为-1，加入队列后结果为0，说明之前队列为空。由于此时锁还在当前线程上，所以不可能出队，也不可能入队，那么在队列不为空的时候就需要安全的唤醒一个出队线程了。

以上就是入队操作的全过程，LinkedBlockingQueue还有非阻塞版本的入队操作：步骤和put操作类似，但也有一些区别：

public boolean add(E e) 在入队不成功的时候会抛出异常；

public boolean offer(E e)不会抛出异常，而是直接返回true or false

 

offer(E e,  long timeout,TimeUnit unit) throws InterruptedException超时版本的offer也是返回true or false。如果在指定时间范围内没有入队成功会阻塞，直到超时抛出异常。

 

出队操作

    public E take() throws InterruptedException {
        E x;
        int c = -1;
        final AtomicInteger count = this.count;
        final ReentrantLock takeLock = this.takeLock;
        takeLock.lockInterruptibly();
        try {
            while (count.get() == 0) {
                notEmpty.await();//1
            }
            x = dequeue();//2
            c = count.getAndDecrement();
            if (c > 1)
                notEmpty.signal();//3
        } finally {
            takeLock.unlock();
        }
        if (c == capacity)
            signalNotFull();//4
        return x;
    }

 

1、首先获取takeLock锁，然后判断队列中是否有元素，如果没有元素就阻塞，直到notEmpty条件出现（1所示）

2、然后出队（2所示）

3、出队之后判断队列中是否还有元素，如果还有就发出notEmpty通知其他线程（3所示）

4、执行以上步骤后，表明成功出队，释放takeLock锁。然后发出队列不空的信号。

和入队一样，出队操作也有非阻塞版本，与入队操作一一对应，这里不作分析。

 

总结

LinkedBlockingQueue是基于链表的队列的阻塞版本，它实现了入队出队分离，效率比较高，而且支持容量限制。但由于它采用的是链表，所以在查找元素时效率一般。