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Java ArrayBlockingQueue源码解析

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转自:http://www.xiaoyaochong.net/wordpress/?p=354

ArrayBlockingQueue是Java并发框架中阻塞队列的最基本的实现,分析这个类就可以知道并发框架中是如何实现阻塞的。

 

笔者工作了一两年之后,还不知道阻塞是如何实现的,当然有一个原因是前期学习的东西比较杂,前后端的东西的懂一点,但是了解的不够深刻,我觉得这是编程学习的禁忌,不管是前端还是后端,在工作3年的时候,你应该有一个方向是拿得出手,见得了人的。

 

转回整体,ArrayBlockingQueue实现阻塞队列的关键在与,对锁(Lock)和等待条件(Condition)的使用的使用,这两个实现的基本功能类似域wait()和notify(),是wait()和notify()的高级用法。

 

本文我们主要分析ArrayBlockingQueue的3个核心方法,put(),take()和poll()。

首先是put()

 

/**
     * 从队列的尾部插入元素,如果队列已满,将阻塞等待到队列有空间的时候进行插入操作。
     *
     */
    public void put(E e) throws InterruptedException {
        checkNotNull(e);
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lockInterruptibly();// 获得当前线程的锁
        try {
            while (count == items.length)// 循环等待
                notFull.await();
            insert(e);
        } finally {
            lock.unlock();//释放锁
        }
    }

 这个方法在当前线程没有中断的情况下,获取锁,接着对数组容量进行判断,如果容量已满,则循环等待带容量腾出来为止,最后释放当前线程锁。这样的业务逻辑就产生了这样的场景,线程一进入到该方法,成功插入队列,释放锁,假设刚好容量满;线程二进入该方法,循环等待;线程三从容器中获取元素;线程二判断容量未满,插入,释放锁。如果有多个线程在等待的时候,会出现什么情况呢,从代码的逻辑来看,当多个线程都在阻塞等待的时候,要看谁首先抢到锁,也就是消费方法是抢占式的。

 

 

其次时take()

 

/**
     * 返回队列头部的元素,如果队列为空,阻塞等待其他线程往当前容器放入元素为止。
     */
public E take() throws InterruptedException {
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lockInterruptibly();//  获取当前线程的锁
        try {
            while (count == 0)// 阻塞等待
                notEmpty.await();
            return extract();
        } finally {
            lock.unlock();// 释放锁
        }
    }

这个过程和put()方法类似,这里就不罗嗦了。

 

 

最后poll(),poll有两个重载的方法,有参数和无参数,先讲无参数的。

 

/**
     * 获取队列头部的元素,当队列为空的时候,返回null值
     *
     */
public E poll() {
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();// 锁定
        try {
            return (count == 0) ? null : extract();
        } finally {
            lock.unlock();// 解锁
        }
    }

 这个方法是不阻塞的,当队列未空的时候,直接返回null值,所以实现中只是一个锁的简单使用,防止并发问题。

 

 

poll(...)

/**
     * 获取队列的头部元素,在指定时间之内阻塞等待,如果超出阻塞时间队列仍然空,则返回null值。
     *
     */
public E poll(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
        long nanos = unit.toNanos(timeout);
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lockInterruptibly();// 获取锁
        try {
            while (count == 0) {// 指定时间内循环等待
                if (nanos <= 0)
                    return null;
                nanos = notEmpty.awaitNanos(nanos);
            }
            return extract();
        } finally {
            lock.unlock();// 解锁
        }
    }

 这个方法的逻辑和其他方法的不同之处就在Condition的一个时间计数器方法awaitNanos(...),这里先将时间大小根据时间单位换算成纳秒的数值,当队列容量为0是,使用Condition.awaitNanos(...),进行技术,超时后返回空。

 

总之,ArrayBlokingQueue使用的Java的现实锁(Lock)配合Condition进行阻塞,使用Condition进行时间技术。而在并发框架中其他的阻塞和时间技术,也同样是用这两个对象API来实现。

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