ArrayBlockingQueue有界阻塞队列方法与源码解析

╰+攻爆jí腚メ 2022-02-18 10:57 228阅读 0赞

**一.组织架构图**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpZ2hfc3Fo_size_16_color_FFFFFF_t_70]

**二.ArrayBlockingQueue构造方法解析**

**入队方法:**

1.构造指定大小的有界队列,默认为非公平的

public ArrayBlockingQueue(int capacity) {
         this(capacity, false);
    }

2.构造指定大小的有界队列,指定为公平或者非公平锁 默认false为非公平

public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair) {
         if (capacity <= 0)
              throw new IllegalArgumentException();
         this.items = new Object[capacity];
         lock = new ReentrantLock(fair);  //初始化ReentrantLock重入锁,出队入队拥有这同一个锁
         notEmpty = lock.newCondition();  //初始化非空等待队列
         notFull =  lock.newCondition();  //初始化非满等待队列
    }

3.构造指定大小的有界队列,指定为公平或非公平锁,指定在初始化时加入一个集合

public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair,
                                                  Collection<? extends E> c) {
        this(capacity, fair);           //调用构造方法2
        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);  //非空检查,为空的话会排除空指针异常
                    items[i++] = e;
                }
            } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException ex) {
                throw new IllegalArgumentException();
            }
            count = i;
            putIndex = (i == capacity) ? 0 : i;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

**三.ArrayBlockingQueue方法详细解析**

1.add(e)//队列未满时，返回true；队列满则抛出IllegalStateException(“Queue full”)异常——AbstractQueue

public boolean add(E e) {
        if (offer(e))        //实际调用的是offer方法,下面会详细说明
            return true;
        else
            throw new IllegalStateException("Queue full");
    }

2.offer(e)//队列未满时，返回true；队列满时返回false。非阻塞立即返回。

public boolean offer(E e) {
        checkNotNull(e);              //检验非空方法,为空会抛NullPointerException异常
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        try {
            if (count == items.length)
                return false;			//如果已经满了的话就会结束程序的执行
            else {
                enqueue(e);       //添加数据的方法
                return true;
            }
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

向队列中添加数据的方法enqueue()

private void enqueue(E x) {
        // assert lock.getHoldCount() == 1;
        // assert items[putIndex] == null;
        final Object[] items = this.items;
        items[putIndex] = x;
        if (++putIndex == items.length)
            putIndex = 0;
        count++;
        notEmpty.signal();		//唤醒非空等待队列中的线程
    }
    在这里有几个ArrayBlockingQueue成员变量。items即队列的数组引用，putIndex表示等待插入的数组下标位置。
    当items[putIndex] = x将新元素插入队列中后，调用inc将数组下标向后移动，如果队列满则将putIndex置为0:

3.offer(e, time, unit)//设定等待的时间，如果在指定时间内还不能往队列中插入数据则返回false，插入成功返回true。

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;      //超时没有添加数据就会返回false
                nanos = notFull.awaitNanos(nanos);//队列满了再在规定时间内等待
            }
            enqueue(e);
            return true;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

4.put(e)//队列未满时，直接插入没有返回值；队列满时会阻塞等待，一直等到队列未满时再插入。

public void put(E e) throws InterruptedException {
       checkNotNull(e);       //同样是首先检查插入元素是否为空
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lockInterruptibly();  //这里并没有调用lock方法，而是调用了可被中断的lockInterruptibly，该方法可被线程中断返回，lock不能被中断返回。
        try {
            while (count == items.length)
                notFull.await();   //当队列满时,使非满等待队列休眠
            enqueue(e);    // 此时表示队列非满,故插入元素,同时在该方法里唤醒非空等待队列
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

**出队方法:**

5.remove()//队列不为空时，返回队首值并移除；队列为空时抛出NoSuchElementException()异常——AbstractQueue

public boolean remove(Object o) {
       if (o == null) return false;
        final Object[] items = this.items;
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        try {
            if (count > 0) {
                final int putIndex = this.putIndex;
                int i = takeIndex;
                do {
                    if (o.equals(items[i])) {
                        removeAt(i);
                        return true;
                    }
                    if (++i == items.length)
                        i = 0;
                } while (i != putIndex);
            }
            return false;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

6.poll()//队列不为空时返回队首值并移除；队列为空时返回null。非阻塞立即返回。

public E poll() {
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        try {
            return (count == 0) ? null : dequeue(); //队列没有元素返回null,有的话用dequeue方法取出来
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

dequeue()获取数据方法

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;  //此处由以前是删除版本更新后改变成现在设置为null
        if (++takeIndex == items.length)
            takeIndex = 0;
        count--;
        if (itrs != null)
            itrs.elementDequeued();
        notFull.signal();
        return x;
    }

7.poll(time, unit)//设定等待的时间，如果在指定时间内队列还为空则返回null，不为空则返回队首值

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);  //超时判断原理和上面一致
            }
            return dequeue();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

8.take(e)//队列不为空返回队首值并移除；当队列为空时会阻塞等待，一直等到队列不为空时再返回队首值。

public E take() throws InterruptedException {
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lockInterruptibly();    //这里并没有调用lock方法，而是调用了可被中断的lockInterruptibly，该方法可被线程中断返回，lock不能被中断返回。
        try {
            while (count == 0)  //队列元素为空
                notEmpty.await();  //非空等待队列休眠
            return dequeue();    //此时表示队列非空，故删除元素，同时在里唤醒非满等待队列
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

9.size方法

可以看到ArrayBlockingQueue队列的size方法，是直接返回的count变量，它不像ConcurrentLinkedQueue，ConcurrentLinkedQueue的size则是每次会遍历这个队列，故ArrayBlockingQueue的size方法比ConcurrentLinkedQueue的size方法效率高。而且ConcurrentLinkedQueue的size方法并没有加锁！也就是说很有可能其size并不准确，这在它的注释中说明了ConcurrentLinkedQueue的size并没有多大的用处。

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

至此就完成了ArrayBlockingQueue有界阻塞队列的源码解析和主要方法的介绍。实际ArrayBlockingQueue就如同ArrayList内部通过数组结构存储数据。

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