阻塞队列之ArrayBlockingQueue源码分析

Posted 2023-02-23 yxz1025

顾名思义ArrayBlockingQueue是基于数组的有界队列，采用FIFO的方式进出队列，典型的应用场景比如生产者消费者场景，一个线程从队列拿数据，另外一个线程从队列放数据，当队列为空时，阻塞消费者。是一个线程安全的类，下面看看类的几个属性字段：

    /** 队列的总长度，一旦指定不可修改 */
    final Object[] items;

    /** 当前数组队列中下一个该获取的元素下标 */
    int takeIndex;

    /** 当前数组队列中下一个该放入的元素下标 */
    int putIndex;

    /** 当前队列总的长度 */
    int count;

    /** 使用AQS保证线程安全 */
    final ReentrantLock lock;

    /** 等待队列 */
    private final Condition notEmpty;

    /** 等待队列 */
    private final Condition notFull;

该队列分别维护取队列的元素下标和放队列的元素下标，同时使用count字段控制队列的长度，使用Condition等待队列来控制通知生产者放数据或消费者消费数据。

    public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair) 
        if (capacity <= 0)
            throw new IllegalArgumentException();
        this.items = new Object[capacity];
        lock = new ReentrantLock(fair);
        notEmpty = lock.newCondition();
        notFull =  lock.newCondition();
    

通过构造方法可以看到，阻塞队列的公平及非公平策略是通过ReentrantLock实现的，一旦指定容量和策略使用期间不可修改。

    public void put(E e) throws InterruptedException 
        checkNotNull(e);
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lockInterruptibly();
        try 
            while (count == items.length)
                //这里循环判断队列是否已经满了，如果满了则释放同步状态，并将当前线程加入等待队列中
                notFull.await();
            enqueue(e);
         finally 
            lock.unlock();
        
    

如上表示将一个元素放入队列中，首先获取锁，获取成功后判断队列是否已经满了，如果队列已满，则当前线程释放同步状态，并加入到notFull等待队列中。

    private void enqueue(E x) 
        // 此处不需要加锁，因为已经获取了锁
        final Object[] items = this.items;
        items[putIndex] = x;
        if (++putIndex == items.length)
            putIndex = 0;
        count++;
        notEmpty.signal();
    

enqueue方法将一个元素加入到阻塞队列中，同时发送通知给消费者队列可以消费了

    public E take() throws InterruptedException 
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lockInterruptibly();
        try 
            while (count == 0)
                //如果队列是空的，则释放同步锁，加入到等待队列中
                notEmpty.await();
            return dequeue();
         finally 
            lock.unlock();
        
    

将一个元素从阻塞队列拿出，如果获取到同步锁并且队列是空的，则释放同步状态，将当前线程加入notEmpty等待队列中，否则从队列去除数据

    private E dequeue() 
        final Object[] items = this.items;
        @SuppressWarnings("unchecked")
        E x = (E) items[takeIndex];
        items[takeIndex] = null;
        if (++takeIndex == items.length)
            takeIndex = 0;
        count--;
        if (itrs != null)
            itrs.elementDequeued();
        notFull.signal();
        return x;
    

dequeue方法主要的功能是从指定位置获取元素，takeIndex维护下一个需要取出的元素下标，每取出一个元素count减一，同时通知notFull等待队列可以放数据了，其它的一些方法，大家可自行查看源码阅读