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Java并发编程:使用LinkedBlockingQueue队列

LinkedBlockingQueue也是使用单向链表实现的,其也有两个Node,分别用来存放首、尾节点,并且还有一个初始值为0的原子变量count,用来记录队列元素个数。另外还有两个ReentrantLock的实例,分别用来控制元素入队和出队的原子性,其中takeLock用来控制同时只有一个线程可以从队列头获取元素,其他线程必须等待,putLock控制同时只能有一个线程可以获取锁,在队列尾部添加元素,其他线程必须等待。另外,notEmpty和notFull是条件变量,它们内部都有一个条件队列用来存放进队

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    LinkedBlockingQueue也是使用单向链表实现的,其也有两个Node,分别用来存放首、尾节点,并且还有一个初始值为0的原子变量count,用来记录队列元素个数。另外还有两个ReentrantLock的实例,分别用来控制元素入队和出队的原子性,其中takeLock用来控制同时只有一个线程可以从队列头获取元素,其他线程必须等待,putLock控制同时只能有一个线程可以获取锁,在队列尾部添加元素,其他线程必须等待。另外,notEmpty 和 notFull 是条件变量,它们内部都有一个条件队列用来存放进队和出队时被阻塞的线程,其实这是生产者-消费者模型。如下是独占锁的创建代码。

    private final AtomicInteger count = new AtomicInteger();
    
    /** Lock held by take, poll, etc */
    private final ReentrantLock takeLock = new ReentrantLock();
    
    /** Wait queue for waiting takes */
    private final Condition notEmpty = takeLock.newCondition();
    
    /** Lock held by put, offer, etc */
    private final ReentrantLock putLock = new ReentrantLock();
    
    /** Wait queue for waiting puts */
    private final Condition notFull = putLock.newCondition();
    • 当调用线程在LinkedBlockingQueue 实例上执行take、poll 等操作时需要获取到 takeLock 锁,从而保证同时只有一个线程可以操作链表头节点。另外由于条件变量 notEmpty 内部的条件队列的维护使用的是takeLock的锁状态管理机制,所以在调用notEmpty的await 和signal方法前调用线程必须先获取到 takeLock锁,否则会抛出IllegalMonitorStateException 异常。notEmpty内部则维护着一个条件队列,当线程获取到takeLock 锁后调用 notEmpty的await 方法时,调用线程会被阻塞,然后该线程会被放到notEmpty内部的条件队列进行等待,直到有线程调用了notEmpty的 signal 方法。

    • 在LinkedBlockingQueue实例上执行put、offer等操作时需要获取到putLock锁,从而保证同时只有一个线程可以操作链表尾节点。同样由于条件变量 notFull 内部的条件队列的维护使用的是putLock的锁状态管理机制,所以在调用 notFull 的 await 和 signal 方法前调用线程必须先获取到putLock锁,否则会抛出 IllegalMonitorStateException 异常。notFull 内部则维护着一个条件队列,当线程获取到 putLock 锁后调用notFull的await 方法时,调用线程会被阻塞,然后该线程会被放到notFull 内部的条件队列进行等待,直到有线程调用了 notFull 的 signal 方法。如下是LinkedBlockingQueue 的无参构造函数的代码。

    如下是LinkedBlockingQueue的无参构造代码

    public static final int MAX_VALUE = 0x7fffffff;
    public LinkedBlockingQueue() {
        this(Integer.MAX_VALUE);
    }
    
    
    public LinkedBlockingQueue(int capacity) {
        if (capacity <= 0) throw new IllegalAgrumentException();
        this.capacity = capacity;
        last = head = new Node(null);
    }

    由该代码可知,默认队列容量为0x7fffffff,用户也可以自己指定容量,所以从一定程度上可以说LinkedBlockingQueue是有界阻塞队列。

    offer操作

    public boolean offer(E e) {
    //(1)
        if (e == null) throw new NullPointerException();
        //(2)
        final AtomicInteger count = this.count;
        if (count.get() == capacity)
            return false;
            //(3)
        int c = -1;
        Node node = new Node(e);
        final ReentrantLock putLock = this.putLock;
        putLock.lock();
        try {
        //(4)
            if (count.get() < capacity) {
                enqueue(node);
                c = count.getAndIncrement();
                //(5)
                if (c + 1 < capacity)
                    notFull.signal();
            }
        } finally {
        //(6)
            putLock.unlock();
        }
        //(7)
        if (c == 0)
            signalNotEmpty();
            //(8)
        return c >= 0;
    }

    代码(2)判断如果当前队列已满则丢弃当前元素并返回false

    代码(3)获取到 putLock 锁,当前线程获取到该锁后,则其他调用put和 offer操的线程将会被阻塞(阻塞的线程被放到putLock锁的AQS阻塞队列)。

    代码(4)这里重新判断当前队列是否满,这是因为在执行代码(2)和获取到 putLock 锁期间可能其他线程通过 put 或者offer 操作向队列里面添加了新元素。重新判斯队列确实不满则新元素入队,并递增计数器。

    代码(5)判断如果新元素入队后队列还有空闲空间,则唤醒notFull的条件队列里面因为调用了notFull的await操作(比如执行put方法而队列满了的时候)而被阻塞的一个线程,因为队列现在有空闲所以这里可以提前唤醒一个入队线程。

    代码(6)则释放获取的putLock 锁,这里要注意,锁的释放一定要在finally里面做因为即使try块抛出异常了,finally也是会被执行到。另外释放锁后其他因为调用put 操作而被阻塞的线程将会有一个获取到该锁。

    代码(7)中的c0说明在执行代码(6)释放锁时队列里面至少有一个元素,队列里面有元素则执行signalNotEmpty操作.

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