深入理解java阻塞队列——ArrayBlockQueue

深入理解ArrayBlockQueue

ArrayBlockQueue是一个有界的阻塞队列，其内部是通过一个数组来维护的，该队列采用FIFO的原则对元素进行排序添加的。
通过分析其构造方法，在创建该实例的时候需要指定数组的容量。

public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair,
                              Collection c) {
        this(capacity, fair);

        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock(); // Lock only for visibility, not mutual exclusion
        try {
            int i = 0;
            try {
                for (E e : c) {
                    checkNotNull(e);
                    items[i++] = e;
                }
            } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException ex) {
                throw new IllegalArgumentException();
            }
            count = i;
            putIndex = (i == capacity) ? 0 : i;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair) {
        if (capacity <= 0)
            throw new IllegalArgumentException();
        this.items = new Object[capacity];
        lock = new ReentrantLock(fair);//初始化了一个新的可重入锁ReentrantLock,并且是一个fair也就是公平锁。
        notEmpty = lock.newCondition();//通过lock创建一个condition，用来控制线程的状态
        notFull =  lock.newCondition();
    }
 //以下是几个全局变量的定义
  /** Main lock guarding all access */
    final ReentrantLock lock;

    /** Condition for waiting takes */
    private final Condition notEmpty;

    /** Condition for waiting puts */
    private final Condition notFull;

所以，通过观察其构造方法，我们其实可以猜测，ArrayBlockQueue实际上是采用可重入锁ReentrantLock+Condition来实现线程并发的。

---

队列插入元素的方法有：
1.offer()
该方法在ArrayBlockQueue中有两个重载方法offer(E e, long timeout, TimeUnit unit)和offer(E e)。
将指定的元素插入到此队列的尾部（如果立即可行且不会超过该队列的容量），在成功时返回 true，如果此队列已满，则返回 false。前者与后者的主要区别在于，如果队列中没有可用空间，可以设置一定的等待时间，等待可用空间。

public boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException {

        checkNotNull(e);
        long nanos = unit.toNanos(timeout);
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lockInterruptibly();
        try {
            while (count == items.length) {
                if (nanos <= 0)
                    return false;
                nanos = notFull.awaitNanos(nanos);
            }
            enqueue(e);
            return true;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

2.put(E e)
将指定的元素插入到队列的尾部，如果有可用空间直接插入，如果没有可用空间，调用condition.await()方法等待，直到被唤醒，然后插入元素。

public void put(E e) throws InterruptedException {
        checkNotNull(e);
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lockInterruptibly();
        try {
            while (count == items.length)
                notFull.await();//如果没有可用空间，调用await方法阻塞线程
            enqueue(e);
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

3.add(E e)
如果插入元素成功，返回true，如果插入失败抛出异常IllegalStateException(“Queue full”)。

public boolean add(E e) {
        if (offer(e))
            return true;
        else
            throw new IllegalStateException("Queue full");
    }

---

出队列方法：
1.poll()
该方法也有两个重载方法poll(long timeout, TimeUnit unit)和poll()，从队列头部移除一个元素，前者与后者的区别在于，如果队列中没有可以移除的元素，前者会等待一定时间，然后执行移除方法。

public E poll() {
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        try {
            return (count == 0) ? null : dequeue();//如果没有可以移出元素，返回null,否则执行dequeue()方法
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
public E poll(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
        long nanos = unit.toNanos(timeout);
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lockInterruptibly();
        try {
            while (count == 0) {
                if (nanos <= 0)
                    return null;
                nanos = notEmpty.awaitNanos(nanos);//如果没有可以移出元素，调用condition的线程等待的方法，等待一定时间
            }
            return dequeue();
        } finally {
            lock.unlock();//最后释放锁lock
        }
    }
private E dequeue() {
        // assert lock.getHoldCount() == 1;
        // assert items[takeIndex] != null;
        final Object[] items = this.items;
        @SuppressWarnings("unchecked")
        E x = (E) items[takeIndex];
        items[takeIndex] = null;
        if (++takeIndex == items.length)
            takeIndex = 0;
        count--;
        if (itrs != null)
            itrs.elementDequeued();
        notFull.signal();//最后唤醒其他等待的线程
        return x;
    }

2.remove(Object o)
移除指定的元素，如果不存在返回false。
3.take()
获取并移除此队列的头部。take()和poll()的区别在于，如果队列中没有可移除元素，take()会一直等待，而poll()可设置直接返回null或者等待一定时间。

public E take() throws InterruptedException {
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lockInterruptibly();
        try {
            while (count == 0)
                notEmpty.await();//如果队列中没有元素，该线程一直处于阻塞状态
            return dequeue();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }