第九章 LinkedBlockingQueue源码解析
1、对于LinkedBlockingQueue需要掌握以下几点
- 创建
- 入队（添加元素）
- 出队（删除元素）
2、创建
Node节点内部类与LinkedBlockingQueue的一些属性
static class Node<E> { E item;//节点封装的数据 /** * One of: * - the real successor Node * - this Node, meaning the successor is head.next * - null, meaning there is no successor (this is the last node) */ Node<E> next;//下一个节点 Node(E x) { item = x; } } /** 指定链表容量 */ private final int capacity; /** 当前的元素个数 */ private final AtomicInteger count = new AtomicInteger(0); /** 链表头节点 */ private transient Node<E> head; /** 链表尾节点 */ private transient Node<E> last; /** 出队锁 */ private final ReentrantLock takeLock = new ReentrantLock(); /** 出队等待条件 */ private final Condition notEmpty = takeLock.newCondition(); /** 入队锁 */ private final ReentrantLock putLock = new ReentrantLock(); /** 入队等待条件 */ private final Condition notFull = putLock.newCondition();
2.1、public LinkedBlockingQueue(int capacity)
使用方法：
Queue<String> abq = new LinkedBlockingQueue<String>(1000);
源代码：
/** * 创建一个 LinkedBlockingQueue，容量为指定容量 */ public LinkedBlockingQueue(int capacity) { if (capacity <= 0) throw new IllegalArgumentException(); this.capacity = capacity; last = head = new Node<E>(null);//初始化头节点和尾节点，均为封装了null数据的节点 }
注意点：
- LinkedBlockingQueue的组成一个链表+两把锁+两个条件
2.2、public LinkedBlockingQueue()
使用方法：
Queue<String> abq = new LinkedBlockingQueue<String>();
源代码：
/** * 创建一个LinkedBlockingQueue，容量为整数最大值 */ public LinkedBlockingQueue() { this(Integer.MAX_VALUE); }
注意点：默认容量为整数最大值，可以看做没有容量限制
3、入队：
3.1、public boolean offer(E e)
原理：
- 在队尾插入一个元素， 如果队列没满，立即返回true； 如果队列满了，立即返回false
使用方法：
- abq.offer("hello1");
源代码：
/** * 在队尾插入一个元素， 容量没满，可以立即插入，返回true； 队列满了，直接返回false * 注：如果使用了限制了容量的队列，这个方法比add()好，因为add()插入失败就会抛出异常 */ public boolean offer(E e) { if (e == null) throw new NullPointerException(); final AtomicInteger count = this.count;// 获取队列中的元素个数 if (count.get() == capacity)// 队列满了 return false; int c = -1; final ReentrantLock putLock = this.putLock; putLock.lock();// 获取入队锁 try { if (count.get() < capacity) {// 容量没满 enqueue(e);// 入队 c = count.getAndIncrement();// 容量+1，返回旧值（注意） if (c + 1 < capacity)// 如果添加元素后的容量，还小于指定容量（说明在插入当前元素后，至少还可以再插一个元素） notFull.signal();// 唤醒等待notFull条件的其中一个线程 } } finally { putLock.unlock();// 释放入队锁 } if (c == 0)// 如果c==0，这是什么情况？一开始如果是个空队列，就会是这样的值，要注意的是，上边的c返回的是旧值 signalNotEmpty(); return c >= 0; }
/** * 创建一个节点，并加入链表尾部 * @param x */ private void enqueue(E x) { /* * 封装新节点，并赋给当前的最后一个节点的下一个节点，然后在将这个节点设为最后一个节点 */ last = last.next = new Node<E>(x); }
private void signalNotEmpty() { final ReentrantLock takeLock = this.takeLock; takeLock.lock();//获取出队锁 try { notEmpty.signal();//唤醒等待notEmpty条件的线程中的一个 } finally { takeLock.unlock();//释放出队锁 } }
如果，入队逻辑不懂，查看最后总结部分入队逻辑的图，代码非常简单，流程看注释即可。
3.2、public boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException
原理：
- 在队尾插入一个元素,，如果队列已满，则进入等待，直到出现以下三种情况：
- 被唤醒
- 等待时间超时
- 当前线程被中断
使用方法：
try { abq.offer("hello2",1000,TimeUnit.MILLISECONDS); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
源代码：
/** * 在队尾插入一个元素,，如果队列已满，则进入等待，直到出现以下三种情况： * 1、被唤醒 * 2、等待时间超时 * 3、当前线程被中断 */ public boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { if (e == null) throw new NullPointerException(); long nanos = unit.toNanos(timeout);// 转换为纳秒 int c = -1; final ReentrantLock putLock = this.putLock;// 入队锁 final AtomicInteger count = this.count;// 总数量 putLock.lockInterruptibly(); try { while (count.get() == capacity) {// 容量已满 if (nanos <= 0)// 已经超时 return false; /* * 进行等待： 在这个过程中可能发生三件事： * 1、被唤醒-->继续当前这个while循环 * 2、超时-->继续当前这个while循环 * 3、被中断-->抛出中断异常InterruptedException */ nanos = notFull.awaitNanos(nanos); } enqueue(e);// 入队 c = count.getAndIncrement();// 入队元素数量+1 if (c + 1 < capacity) notFull.signal(); } finally { putLock.unlock(); } if (c == 0) signalNotEmpty(); return true; }
注意：
- awaitNanos(nanos)是AQS中的一个方法，这里就不详细说了，有兴趣的自己去查看AQS的源代码。
3.3、public void put(E e) throws InterruptedException
原理：
- 在队尾插入一个元素，如果队列满了，一直阻塞，直到队列不满了或者线程被中断
使用方法：
try { abq.put("hello1"); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
源代码：
/** * 在队尾插一个元素 * 如果队列满了，一直阻塞，直到队列不满了或者线程被中断 */ public void put(E e) throws InterruptedException { if (e == null) throw new NullPointerException(); int c = -1; final ReentrantLock putLock = this.putLock;//入队锁 final AtomicInteger count = this.count;//当前队列中的元素个数 putLock.lockInterruptibly();//加锁 try { while (count.get() == capacity) {//如果队列满了 /* * 加入notFull等待队列，直到队列元素不满了， * 被其他线程使用notFull.signal()唤醒 */ notFull.await(); } enqueue(e);//入队 c = count.getAndIncrement();//入队数量+1 if (c + 1 < capacity) notFull.signal(); } finally { putLock.unlock(); } if (c == 0) signalNotEmpty(); }
4、出队
4.1、public E poll()
原理：
- 如果没有元素，直接返回null；如果有元素，出队
使用方法：
abq.poll();
源代码：
/** * 出队： * 1、如果没有元素，直接返回null * 2、如果有元素，出队 */ public E poll() { final AtomicInteger count = this.count;// 获取元素数量 if (count.get() == 0)// 没有元素 return null; E x = null; int c = -1; final ReentrantLock takeLock = this.takeLock; takeLock.lock();// 获取出队锁 try { if (count.get() > 0) {// 有元素 x = dequeue();// 出队 // 元素个数-1（注意：该方法是一个无限循环，直到减1成功为止，且返回旧值） c = count.getAndDecrement(); if (c > 1)// 还有元素（如果旧值c==1的话，那么通过上边的操作之后，队列就空了） notEmpty.signal();// 唤醒等待在notEmpty队列中的其中一条线程 } } finally { takeLock.unlock();// 释放出队锁 } if (c == capacity)// c == capacity是怎么发生的？如果队列是一个满队列，注意：上边的c返回的是旧值 signalNotFull(); return x; }
/** * 从队列头部移除一个节点 */ private E dequeue() { Node<E> h = head;//获取头节点：x==null Node<E> first = h.next;//将头节点的下一个节点赋值给first h.next = h; // 将当前将要出队的节点置null（为了使其做head节点做准备） head = first;//将当前将要出队的节点作为了头节点 E x = first.item;//获取出队节点的值 first.item = null;//将出队节点的值置空 return x; }
private void signalNotFull() { final ReentrantLock putLock = this.putLock; putLock.lock(); try { notFull.signal(); } finally { putLock.unlock(); } }
注意：出队逻辑如果不懂，查看最后总结部分的图
4.2、public E poll(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException
原理：
- 从队头删除一个元素，如果队列不空，出队；如果队列已空且已经超时，返回null；如果队列已空且时间未超时，则进入等待，直到出现以下三种情况：
- 被唤醒
- 等待时间超时
- 当前线程被中断
使用方法：
try { abq.poll(1000, TimeUnit.MILLISECONDS); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
源代码：
/** * 从队列头部删除一个元素, * 如果队列不空，出队； * 如果队列已空，判断时间是否超时，如果已经超时，返回null * 如果队列已空且时间未超时，则进入等待，直到出现以下三种情况： * 1、被唤醒 * 2、等待时间超时 * 3、当前线程被中断 */ public E poll(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { E x = null; int c = -1; long nanos = unit.toNanos(timeout); final AtomicInteger count = this.count; final ReentrantLock takeLock = this.takeLock; takeLock.lockInterruptibly(); try { while (count.get() == 0) {//如果队列没有元素 if (nanos <= 0)//已经超时 return null; /* * 进行等待： * 在这个过程中可能发生三件事： * 1、被唤醒-->继续当前这个while循环 * 2、超时-->继续当前这个while循环 * 3、被中断-->抛出异常 */ nanos = notEmpty.awaitNanos(nanos); } x = dequeue();//出队 c = count.getAndDecrement(); if (c > 1) notEmpty.signal(); } finally { takeLock.unlock(); } if (c == capacity) signalNotFull(); return x; }
4.3、public E take() throws InterruptedException
原理：
- 将队头元素出队，如果队列空了，一直阻塞，直到队列不为空或者线程被中断
使用方法：
try { abq.take(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
源代码：
/** * 出队： * 如果队列空了，一直阻塞，直到队列不为空或者线程被中断 */ public E take() throws InterruptedException { E x; int c = -1; final AtomicInteger count = this.count;//获取队列中的元素总量 final ReentrantLock takeLock = this.takeLock; takeLock.lockInterruptibly();//获取出队锁 try { while (count.get() == 0) {//如果没有元素，一直阻塞 /* * 加入等待队列， 一直等待条件notEmpty（即被其他线程唤醒） * （唤醒其实就是，有线程将一个元素入队了，然后调用notEmpty.signal()唤醒其他等待这个条件的线程，同时队列也不空了） */ notEmpty.await(); } x = dequeue();//出队 c = count.getAndDecrement();//元素数量-1 if (c > 1) notEmpty.signal(); } finally { takeLock.unlock(); } if (c == capacity) signalNotFull(); return x; }
总结：
1、具体入队与出队的原理图：
图中每一个节点前半部分表示封装的数据x，后边的表示指向的下一个引用。
1.1、初始化
初始化之后，初始化一个数据为null，且head和last节点都是这个节点。
1.2、入队两个元素过后
这个可以根据入队方法enqueue(E x)来看，源代码再贴一遍：
/** * 创建一个节点，并加入链表尾部 * * @param x */ private void enqueue(E x) { /* * 封装新节点，并赋给当前的最后一个节点的下一个节点，然后在将这个节点设为最后一个节点 */ last = last.next = new Node<E>(x); }
其实这我们就可以发现其实真正意义上出队的头节点是Head节点的下一个节点。（这也就是Node这个内部类中对next的注释，我没有翻译）
1.3、出队一个元素后
表面上看，只是将头节点的next指针指向了要删除的x1.next，事实上这样我觉的就完全可以，但是jdk实际上是将原来的head节点删除了，而上边看到的这个head节点，正是刚刚出队的x1节点，只是其值被置空了。
这一块对应着源代码来看：dequeue()
/** * 从队列头部移除一个节点 */ private E dequeue() { Node<E> h = head;// 获取头节点：x==null Node<E> first = h.next;// 将头节点的下一个节点赋值给first h.next = h; // 将当前将要出队的节点置null（为了使其做head节点做准备） head = first;// 将当前将要出队的节点作为了头节点 E x = first.item;// 获取出队节点的值 first.item = null;// 将出队节点的值置空 return x; }
2、三种入队对比：
- offer(E e)：如果队列没满，立即返回true； 如果队列满了，立即返回false-->不阻塞
- put(E e)：如果队列满了，一直阻塞，直到队列不满了或者线程被中断-->阻塞
- offer(E e, long timeout, TimeUnit unit)：在队尾插入一个元素,，如果队列已满，则进入等待，直到出现以下三种情况：-->阻塞
- 被唤醒
- 等待时间超时
- 当前线程被中断
3、三种出队对比：
- poll()：如果没有元素，直接返回null；如果有元素，出队
- take()：如果队列空了，一直阻塞，直到队列不为空或者线程被中断-->阻塞
- poll(long timeout, TimeUnit unit)：如果队列不空，出队；如果队列已空且已经超时，返回null；如果队列已空且时间未超时，则进入等待，直到出现以下三种情况：
- 被唤醒
- 等待时间超时
- 当前线程被中断
4、ArrayBlockingQueue与LinkedBlockingQueue对比
- ArrayBlockingQueue：
- 一个对象数组+一把锁+两个条件
- 入队与出队都用同一把锁
- 在只有入队高并发或出队高并发的情况下，因为操作数组，且不需要扩容，性能很高
- 采用了数组，必须指定大小，即容量有限
- LinkedBlockingQueue：
- 一个单向链表+两把锁+两个条件
- 两把锁，一把用于入队，一把用于出队，有效的避免了入队与出队时使用一把锁带来的竞争。
- 在入队与出队都高并发的情况下，性能比ArrayBlockingQueue高很多
- 采用了链表，最大容量为整数最大值，可看做容量无限
两个疑问：
- 入队时：c==0是怎样出现的？
- 出队时：c==capcity是怎样出现的？
这两个疑问，都是基于对于AtomicInteger的不熟，不明白LinkedBlockingQueue引用的这两个方法（getAndIncrement和getAndDecrement）先返回旧值还是新值，关于AtomicInteger的源码介绍，请查看《第十一章 AtomicInteger源码解析》，具体链接如下：
http://www.cnblogs.com/java-zhao/p/5140158.html