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Java中的LinkedBlockingQueue源碼解析

 更新時(shí)間:2023年12月26日 10:52:15   作者:茫然背影  
這篇文章主要介紹了Java中的LinkedBlockingQueue源碼解析,LinkedBlockingQueue底層是一個(gè)鏈表(可以指定容量,默認(rèn)是Integer.MAX_VALUE),維持了兩把鎖,一把鎖用于入隊(duì),一把鎖用于出隊(duì),并且使用一個(gè)AtomicInterger類(lèi)型的變量保證線程安全,需要的朋友可以參考下

基本認(rèn)識(shí)

LinkedBlockingQueue可以指定容量,內(nèi)部維持一個(gè)隊(duì)列,所以有一個(gè)頭節(jié)點(diǎn)head和一個(gè)尾節(jié)點(diǎn)last,內(nèi)部維持兩把鎖,一個(gè)用于入隊(duì),一個(gè)用于出隊(duì),還有鎖關(guān)聯(lián)的Condition對(duì)象。主要對(duì)象的定義如下:

    //容量,如果沒(méi)有指定,該值為Integer.MAX_VALUE;
    private final int capacity;
    //當(dāng)前隊(duì)列中的元素
    private final AtomicInteger count = new AtomicInteger();
    //隊(duì)列頭節(jié)點(diǎn),始終滿足head.item==null
    transient Node<E> head;
    //隊(duì)列的尾節(jié)點(diǎn),始終滿足last.next==null
    private transient Node<E> last;
    //用于出隊(duì)的鎖
    private final ReentrantLock takeLock = new ReentrantLock();
    //當(dāng)隊(duì)列為空時(shí),保存執(zhí)行出隊(duì)的線程
    private final Condition notEmpty = takeLock.newCondition();
    //用于入隊(duì)的鎖
    private final ReentrantLock putLock = new ReentrantLock();
    //當(dāng)隊(duì)列滿時(shí),保存執(zhí)行入隊(duì)的線程
    private final Condition notFull = putLock.newCondition();

構(gòu)造方法

LinkedBlockingQueue的構(gòu)造方法有三個(gè),分別如下:

從構(gòu)造方法中可以得出3點(diǎn)結(jié)論: 

1. 當(dāng)調(diào)用無(wú)參的構(gòu)造方法時(shí),容量是int的最大值 

2. 隊(duì)列中至少包含一個(gè)節(jié)點(diǎn),哪怕隊(duì)列對(duì)外表現(xiàn)為空 

3. LinkedBlockingQueue不支持null元素

 public LinkedBlockingQueue() {
        this(Integer.MAX_VALUE);
    }
    public LinkedBlockingQueue(int capacity) {
        if (capacity <= 0) throw new IllegalArgumentException();
        this.capacity = capacity;
        last = head = new Node<E>(null);//last和head在隊(duì)列為空時(shí)都存在,所以隊(duì)列中至少有一個(gè)節(jié)點(diǎn)
    }
    public LinkedBlockingQueue(Collection<? extends E> c) {
        this(Integer.MAX_VALUE);
        final ReentrantLock putLock = this.putLock;
        putLock.lock(); // Never contended, but necessary for visibility
        try {
            int n = 0;
            for (E e : c) {
                if (e == null)
                    throw new NullPointerException();
                if (n == capacity)
                    throw new IllegalStateException("Queue full");
                enqueue(new Node<E>(e));
                ++n;
            }
            count.set(n);
        } finally {
            putLock.unlock();
        }
    }

put(E e)方法

首先獲得入隊(duì)的鎖putLock,判斷隊(duì)列是否已滿:count == capacity

  • 未滿:將節(jié)點(diǎn)鏈入尾部,元素?cái)?shù)量+1,此時(shí)如果發(fā)現(xiàn)隊(duì)列還沒(méi)滿還可以生產(chǎn),就喚醒其他生產(chǎn)線程notFull.signal也進(jìn)行生產(chǎn),生產(chǎn)一個(gè)后,如果此時(shí)隊(duì)列是有空變?yōu)榉强盏模ㄗC明此時(shí)所有的消費(fèi)者都在阻塞notEmpty.await(),此時(shí)必須由生產(chǎn)者進(jìn)行喚醒,不然無(wú)法向下進(jìn)行,也就是從空到非空這個(gè)時(shí)候必須由生產(chǎn)者喚醒消費(fèi)者,之后的就是消費(fèi)者喚醒自己的兄弟姐妹們),就喚醒消費(fèi)者隊(duì)列notEmpty的頭結(jié)點(diǎn)notEmpty.signal,通知消費(fèi)這消費(fèi)這個(gè)消費(fèi)者消費(fèi)后發(fā)現(xiàn)還有可以消費(fèi)的元素,就通知notEmpty隊(duì)列里的頭結(jié)點(diǎn),就這樣notEmpty隊(duì)列一次被喚醒了,notEmpty只在第一次是被生產(chǎn)者喚醒的。
  • 已滿:就調(diào)用notFull.await阻塞,釋放鎖,從AQS隊(duì)列移除,將生產(chǎn)者加入到notFull條件隊(duì)列尾部,等待著被喚醒后繼續(xù)生產(chǎn)
public void put(E e) throws InterruptedException {
        //不允許元素為null
        if (e == null) throw new NullPointerException();
        int c = -1;
        //以當(dāng)前元素新建一個(gè)節(jié)點(diǎn)
        Node<E> node = new Node<E>(e);
        final ReentrantLock putLock = this.putLock;
        final AtomicInteger count = this.count;
        //獲得入隊(duì)的鎖
        putLock.lockInterruptibly();
        try {
            //如果隊(duì)列已滿,那么將該線程加入到Condition的等待隊(duì)列中
            while (count.get() == capacity) {
                notFull.await();
            }
            //將節(jié)點(diǎn)入隊(duì)
            enqueue(node);
            //得到插入之前隊(duì)列的元素個(gè)數(shù)
            c = count.getAndIncrement();
            //如果還可以插入元素,那么釋放等待的入隊(duì)線程
            if (c + 1 < capacity)
                notFull.signal();
        } finally {
            //解鎖
            putLock.unlock();
        }
        //通知出隊(duì)線程隊(duì)列非空
        if (c == 0)
            signalNotEmpty();
    }
 private void signalNotEmpty() {
        final ReentrantLock takeLock = this.takeLock;
        //獲取takeLock
        takeLock.lock();
        try {
            //釋放notEmpty條件隊(duì)列中的第一個(gè)等待線程
            notEmpty.signal();
        } finally {
            takeLock.unlock();
        }
    }

E take()方法

首先獲取takeLodck,判斷隊(duì)列是否可以消費(fèi):count.get() == 0

  • 可以消費(fèi):返回頭節(jié)點(diǎn)的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)(頭結(jié)點(diǎn)不存數(shù)據(jù),是永遠(yuǎn)存在的一個(gè)節(jié)點(diǎn)),并移除此節(jié)點(diǎn),元素?cái)?shù)量-1,如果此時(shí)發(fā)現(xiàn)隊(duì)列中還有元素可以消費(fèi),就喚醒其他消費(fèi)者notEmpty.signal,進(jìn)行消費(fèi)。如果此時(shí)隊(duì)列是從滿變?yōu)槲礉M的(證明此時(shí)所有的生產(chǎn)者都在阻塞,此時(shí)必須有消費(fèi)者喚醒生產(chǎn)者的第一個(gè)節(jié)點(diǎn),之后就是生產(chǎn)者喚醒自己的兄弟姐妹了),
  • 不可以消費(fèi):調(diào)用notEmpty.awati進(jìn)行阻塞,釋放鎖,從AQS隊(duì)列移除,進(jìn)入NotEmpty隊(duì)列尾部,等待被喚醒
public E take() throws InterruptedException {
        E x;
        int c = -1;
        final AtomicInteger count = this.count;
        final ReentrantLock takeLock = this.takeLock;
        //獲取takeLock鎖
        takeLock.lockInterruptibly();
        try {
            //如果隊(duì)列為空,那么加入到notEmpty條件的等待隊(duì)列中
            while (count.get() == 0) {
                notEmpty.await();
            }
            //得到隊(duì)頭元素
            x = dequeue();
            //得到取走一個(gè)元素之前隊(duì)列的元素個(gè)數(shù)
            c = count.getAndDecrement();
            //如果隊(duì)列中還有數(shù)據(jù)可取,釋放notEmpty條件等待隊(duì)列中的第一個(gè)線程
            if (c > 1)
                notEmpty.signal();
        } finally {
            takeLock.unlock();
        }
        //如果隊(duì)列中的元素從滿到非滿,通知put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
        head = first;
        E x = first.item;
        first.item = null;
        return x;
    }

remove()方法

remove(Object)操作會(huì)從隊(duì)列的頭遍歷到尾,用到了隊(duì)列的兩端,所以需要對(duì)兩端加鎖,而對(duì)兩端加鎖就需要獲取兩把鎖;

remove()是從頭結(jié)點(diǎn)刪除,所以這個(gè)方法只需要獲取take鎖。

 public boolean remove(Object o) {
        //因?yàn)殛?duì)列不包含null元素,返回false
        if (o == null) return false;
        //獲取兩把鎖
        fullyLock();
        try {
            //從頭的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)開(kāi)始遍歷
            for (Node<E> trail = head, p = trail.next;
                 p != null;
                 trail = p, p = p.next) {
                 //如果匹配,那么將節(jié)點(diǎn)從隊(duì)列中移除,trail表示前驅(qū)節(jié)點(diǎn)
                if (o.equals(p.item)) {
                    unlink(p, trail);
                    return true;
                }
            }
            return false;
        } finally {
            //釋放兩把鎖
            fullyUnlock();
        }
    }

size()方法

由于count是一個(gè)AtomicInteger的變量,所以該方法是一個(gè)原子性的操作,是線程安全的。

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

LinkedBlockingDeque

從上面的字段,可以得到LinkedBlockingDeque內(nèi)部只有一把鎖以及該鎖上關(guān)聯(lián)的兩個(gè)條件,同一時(shí)刻只有一個(gè)線程可以在隊(duì)頭或者隊(duì)尾執(zhí)行入隊(duì)或出隊(duì)操作。可以發(fā)現(xiàn)這點(diǎn)和LinkedBlockingQueue不同,LinkedBlockingQueue可以同時(shí)有兩個(gè)線程在兩端執(zhí)行操作。  

LinkedBlockingQueue實(shí)現(xiàn)總結(jié)

LinkedBlockingQueue底層是一個(gè)鏈表(可以指定容量,默認(rèn)是Integer.MAX_VALUE),維持了兩把鎖,一把鎖用于入隊(duì),一把鎖用于出隊(duì),并且使用一個(gè)AtomicInterger類(lèi)型的變量保證線程安全,AtomicInterger:表示當(dāng)前隊(duì)列中含有的元素個(gè)數(shù):

  • 生產(chǎn)者不斷進(jìn)行生產(chǎn)會(huì)向鏈表尾部不斷鏈入元素,直到達(dá)到容量后,此時(shí)所有生產(chǎn)者依次進(jìn)入notFull條件隊(duì)列進(jìn)行阻塞,此時(shí)如果任意一個(gè)消費(fèi)者消費(fèi)了一個(gè)元素,就會(huì)通知notFull隊(duì)列第一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行生產(chǎn),notFull第一個(gè)節(jié)點(diǎn)生產(chǎn)完畢后發(fā)現(xiàn)還有位置可以生產(chǎn)就會(huì)喚醒notFull的第二個(gè)節(jié)點(diǎn),notFull第二個(gè)節(jié)點(diǎn)生產(chǎn)后發(fā)現(xiàn)還有位置則喚醒notFull第三個(gè)節(jié)點(diǎn),就這樣就可以喚醒notFull里的所有生產(chǎn)者
  • 消費(fèi)從鏈表頭部開(kāi)始向后消費(fèi),只要還有元素就可以不斷消費(fèi),消費(fèi)完所有的元素后,此時(shí)所有消費(fèi)者依次進(jìn)入notEmpty條件隊(duì)列進(jìn)行阻塞, 這個(gè)時(shí)候一旦生產(chǎn)者生產(chǎn)了一個(gè)元素,就會(huì)喚醒notEmpty的第一個(gè)節(jié)點(diǎn),而這個(gè)節(jié)點(diǎn)消費(fèi)完后如果發(fā)現(xiàn)還有元素可以消費(fèi),就會(huì)喚醒自己的兄弟姐妹(notEmpty的第二個(gè)節(jié)點(diǎn)),notEmpty的第二個(gè)節(jié)點(diǎn)消費(fèi)完后如果發(fā)現(xiàn)還有元素可以消費(fèi)就會(huì)再喚醒notEmpty的第三個(gè)節(jié)點(diǎn),就這樣就喚醒了notEmpty里的所有的消費(fèi)者
  • 消費(fèi)者一直在砍頭,生產(chǎn)者一直在添尾

到此這篇關(guān)于Java中的LinkedBlockingQueue源碼解析的文章就介紹到這了,更多相關(guān)LinkedBlockingQueue源碼解析內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!

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