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LinkedBlockingQueue 1.8 源碼詳解

一，簡介

LinkedBlockingQueue 是一個(gè)用鏈表實(shí)現(xiàn)的有界阻塞隊(duì)列；此隊(duì)列的默認(rèn)和最大長度為Integer.MAX_VALUE；此隊(duì)列按照先進(jìn)先出的原則對元素就行排序；隊(duì)列有兩個(gè)鎖，生成和消費(fèi)各一把鎖，都是默認(rèn)的非公平鎖。

二，類UML圖

三，基本成員

    static class Node<E> {
        // 我們插入的值
        E item;

        /**
         * 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)
         */
        // 下一個(gè)node
        Node<E> next;

        Node(E x) { item = x; }
    }

    /** 隊(duì)列容量 */
    private final int capacity;

    /** 兩個(gè)鎖，需要使用AtomicInteger保證原子性 */
    private final AtomicInteger count = new AtomicInteger();

    /**
     * Head of linked list.
     * Invariant: head.item == null
     */
    // 頭結(jié)點(diǎn)
    transient Node<E> head;

    /**
     * Tail of linked list.
     * Invariant: last.next == null
     */
    // 尾節(jié)點(diǎn)
    private transient Node<E> last;

    /** Lock held by take, poll, etc */
    /** take, poll, etc 的鎖 */
    private final ReentrantLock takeLock = new ReentrantLock();

    /** Wait queue for waiting takes */
    /** 等待在隊(duì)列空 */
    private final Condition notEmpty = takeLock.newCondition();

    /** Lock held by put, offer, etc */
    /** put, offer, etc的鎖 */
    private final ReentrantLock putLock = new ReentrantLock();

    /** Wait queue for waiting puts */
    /** 等待在隊(duì)列滿 */
    private final Condition notFull = putLock.newCondition();

四，常用方法

構(gòu)造方法

    // 無參構(gòu)造
    public LinkedBlockingQueue() {
        // 默認(rèn)Integer.MAX_VALUE
        this(Integer.MAX_VALUE);
    }
    // 有參構(gòu)造
    public LinkedBlockingQueue(int capacity) {
        if (capacity <= 0) throw new IllegalArgumentException();
        this.capacity = capacity;
        // 創(chuàng)建一個(gè)item為null的節(jié)點(diǎn)
        last = head = new Node<E>(null);
    }

offer 方法

public boolean offer(E e) {
        // e不能為null
        if (e == null) throw new NullPointerException();
        // 總數(shù)
        final AtomicInteger count = this.count;
        // 總數(shù)等于了容量 返回false
        if (count.get() == capacity)
            return false;
        int c = -1;
        // 創(chuàng)建一個(gè)node
        Node<E> node = new Node<E>(e);
        // 獲取鎖
        final ReentrantLock putLock = this.putLock;
        putLock.lock();
        try {
            if (count.get() < capacity) {
                // 插入鏈表
                enqueue(node);
                // 加1返回舊值
                c = count.getAndIncrement();
                // c是增加之前的值，然后加1，再判斷有沒有可以存儲的容量
                if (c + 1 < capacity)
                    // 有喚醒下一個(gè)線程
                    notFull.signal();
            }
        } finally {
            putLock.unlock();
        }
        // 隊(duì)列有一個(gè)元素了，證明之前隊(duì)列為空，可能已經(jīng)有元素來消費(fèi)了，所以就需要喚醒一個(gè)等待消費(fèi)的線程
        if (c == 0)
            signalNotEmpty();
        return c >= 0;
    }

    private void enqueue(Node<E> node) {
        // assert putLock.isHeldByCurrentThread();
        // assert last.next == null;
        last = last.next = node;
    }

注意：offer 還有一個(gè)重載方法，支持中斷，帶有超時(shí)時(shí)間的限制offer(E e, long timeout, TimeUnit unit)。

put 方法

    public void put(E e) throws InterruptedException {
        // 不可以為null
        if (e == null) throw new NullPointerException();
        // Note: convention in all put/take/etc is to preset local var
        // holding count negative to indicate failure unless set.
        int c = -1;
        // 構(gòu)建一個(gè)節(jié)點(diǎn)
        Node<E> node = new Node<E>(e);
        // 獲取put鎖
        final ReentrantLock putLock = this.putLock;
        // 獲取count
        final AtomicInteger count = this.count;
        // 調(diào)用獲取鎖的方法，支持中斷
        putLock.lockInterruptibly();
        try {
            /*
             * Note that count is used in wait guard even though it is
             * not protected by lock. This works because count can
             * only decrease at this point (all other puts are shut
             * out by lock), and we (or some other waiting put) are
             * signalled if it ever changes from capacity. Similarly
             * for all other uses of count in other wait guards.
             */
            // 等于了隊(duì)列的容量
            while (count.get() == capacity) {
                // 進(jìn)入阻塞隊(duì)列
                notFull.await();
            }
            // 入隊(duì)
            enqueue(node);
            // 返回的是自增前的值
            c = count.getAndIncrement();
            // 如果這個(gè)元素入隊(duì)以后，還有多于的空間，喚醒等待隊(duì)列的線程
            if (c + 1 < capacity)
                notFull.signal();
        } finally {
            putLock.unlock();
        }
        // c==0,證明之前隊(duì)列是空的，喚醒一個(gè)獲取線程
        if (c == 0)
            signalNotEmpty();
    }

poll 方法

這次我們看個(gè)帶超時(shí)時(shí)間的poll方法。

    // 帶超時(shí)時(shí)間的消費(fèi)一個(gè)元素
    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;
        // 支持中斷的獲取鎖
        takeLock.lockInterruptibly();
        try {
            while (count.get() == 0) {
                if (nanos <= 0)
                    return null;
                nanos = notEmpty.awaitNanos(nanos);
            }
            x = dequeue();
            // count-- 返回舊值
            c = count.getAndDecrement();
            // 還有元素，喚醒一個(gè)等待獲取的線程
            if (c > 1)
                notEmpty.signal();
        } finally {
            takeLock.unlock();
        }
        // 隊(duì)列還有一個(gè)位置，喚醒一個(gè)入隊(duì)線程
        if (c == capacity)
            signalNotFull();
        return x;
    }

    private E dequeue() {
        // assert takeLock.isHeldByCurrentThread();
        // assert head.item == null;
        Node<E> h = head;
        Node<E> first = h.next;
        h.next = h; // help GC // 自引用
        head = first;
        E x = first.item;
        first.item = null;
        return x;
    }

take 方法

    // 獲取元素
    public E take() throws InterruptedException {
        E x;
        int c = -1;
        final AtomicInteger count = this.count;
        final ReentrantLock takeLock = this.takeLock;
        takeLock.lockInterruptibly();
        try {
            // 隊(duì)列為null 就阻塞
            while (count.get() == 0) {
                notEmpty.await();
            }
            x = dequeue();
            c = count.getAndDecrement();
            if (c > 1)
                notEmpty.signal();
        } finally {
            takeLock.unlock();
        }
        // 隊(duì)列消費(fèi)一個(gè)元素，可以喚醒一個(gè)生產(chǎn)線程了
        if (c == capacity)
            signalNotFull();
        return x;
    }

peek 方法

    // 獲取第一個(gè)元素
    public E peek() {
        if (count.get() == 0)
            return null;
        final ReentrantLock takeLock = this.takeLock;
        takeLock.lock();
        try {
            Node<E> first = head.next;
            if (first == null)
                return null;
            else
                return first.item;
        } finally {
            takeLock.unlock();
        }
    }

size 方法

    public int size() {
        return count.get();
    }

五，總結(jié)

LinkedBlockingQueue 可以看做是一個(gè)×××隊(duì)列，因?yàn)樽畲笕萘渴荌nteger.MAX_VALUE,這已經(jīng)很大了，所以使用時(shí)一定注意容量問題，避免內(nèi)存溢出，但是好處就是可以不用我們?nèi)コ跏既萘?；?duì)列在入隊(duì)和出隊(duì)使用了兩把鎖，提高了并發(fā)性，相對于一把鎖來說；我們可以發(fā)現(xiàn)隊(duì)列的底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)采用的是鏈表，對比ArrayBlockingQueue的數(shù)組數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在處理數(shù)據(jù)的同時(shí)，節(jié)點(diǎn)本身也需要處理垃圾回收，所以相對于數(shù)組來的數(shù)據(jù)來說增加了垃圾回收，可能影響性能；LinkedBlockingQueue 和ArrayBlockingQueue 兩個(gè)可以對比學(xué)習(xí)，追求系統(tǒng)穩(wěn)定性，性能就使用ArrayBlockingQueue ，追求并發(fā)性，可能發(fā)生大量請求時(shí)（系統(tǒng)不是很穩(wěn)定）要注意內(nèi)存溢出就使用LinkedBlockingQueue ，使用場景屬于個(gè)人理解，歡迎指正。

《參考 Java 并發(fā)編程的藝術(shù)》

文章標(biāo)題：LinkedBlockingQueue1.8源碼詳解
標(biāo)題路徑：http://m.rwnh.cn/article16/ghscdg.html

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