Java Review - 并发编程_LinkedBlockingQueue原理&源码剖析

Posted 2022-02-07 小小工匠

文章目录

• 概述
• 类图结构
• 主要方法
• • offer操作

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概述

Java Review - 并发编程_ConcurrentLinkedQueue原理&源码剖析
介绍了使用CAS算法实现的非阻塞队列ConcurrentLinkedQueue，下面我们来介绍使用独占锁实现的阻塞队列LinkedBlockingQueue

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类图结构

首先看一下LinkedBlockingQueue的类图结构，以便从全局对LinkedBlockingQueue有个直观的了解

• 由类图可以看到，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

    /** Current number of elements */
    private final AtomicInteger count = new AtomicInteger();

    /**
     * Head of linked list.
     * Invariant: head.item == null
     */
    transient Node<E> head;

    /**
     * Tail of linked list.
     * Invariant: last.next == null
     */
    private transient Node<E> last;

    /** 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。

    /**
     * A constant holding the maximum value an @code int can
     * have, 2<sup>31</sup>-1.
     */
    @Native public static final int   MAX_VALUE = 0x7fffffff;


   /**
     * Creates a @code LinkedBlockingQueue with a capacity of
     * @link Integer#MAX_VALUE.
     */
    public LinkedBlockingQueue() 
        this(Integer.MAX_VALUE);
    


   public LinkedBlockingQueue(int capacity) 
        if (capacity <= 0) throw new IllegalArgumentException();
        this.capacity = capacity;
        // 初始化首 尾节点，并让它指向哨兵节点
        last = head = new Node<E>(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。

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主要方法

offer操作