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服务器之家 - 编程语言 - Java教程 - 详解ArrayBlockQueue源码解析

详解ArrayBlockQueue源码解析

2021-07-29 12:04CodeBear Java教程

这篇文章主要介绍了ArrayBlockQueue源码解析,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友们下面随着小编来一起学习学习吧

今天要讲的是arrayblockqueue,arrayblockqueue是juc提供的线程安全的有界的阻塞队列,一看到array,第一反应:这货肯定和数组有关,既然是数组,那自然是有界的了,我们先来看看arrayblockqueue的基本使用方法,然后再看看arrayblockqueue的源码。

arrayblockqueue基本使用

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public static void main(string[] args) throws interruptedexception {
    arrayblockingqueue<integer> arrayblockingqueue=new arrayblockingqueue(5);
    arrayblockingqueue.offer(10);
    arrayblockingqueue.offer(50);
    arrayblockingqueue.add(20);
    arrayblockingqueue.add(60);
    system.out.println(arrayblockingqueue);
 
    system.out.println(arrayblockingqueue.poll());
    system.out.println(arrayblockingqueue);
 
    system.out.println(arrayblockingqueue.take());
    system.out.println(arrayblockingqueue);
 
    system.out.println(arrayblockingqueue.peek());
    system.out.println(arrayblockingqueue);
  }

运行结果:

详解ArrayBlockQueue源码解析

  1. 创建了一个长度为5的arrayblockqueue。
  2. 用offer方法,向arrayblockqueue添加了两个元素,分别是10,50。
  3. 用put方法,向arrayblockqueue添加了两个元素,分别是20,60。
  4. 打印出arrayblockqueue,结果是10,50,20,60。
  5. 用poll方法,弹出arrayblockqueue第一个元素,并且打印出来:10。
  6. 打印出arrayblockqueue,结果是50,20,60。
  7. 用take方法,弹出arrayblockqueue第一个元素,并且打印出来:50。
  8. 打印出arrayblockqueue,结果是20,60。
  9. 用peek方法,弹出arrayblockqueue第一个元素,并且打印出来:20。
  10. 打印出arrayblockqueue,结果是20,60。

 代码比较简单,但是你肯定会有疑问

  1. offer/add(在上面的代码中没有演示)/put都是往队列里面添加元素,区别是什么?
  2. poll/take/peek都是弹出队列的元素,区别是什么?
  3. 底层代码是如何保证线程安全的?
  4. 数据保存在哪里?

要解决上面几个疑问,最好的办法当然是看下源码,通过亲自阅读源码所产生的印象远远要比看视频,看博客,死记硬背最后的结论要深刻的多。就算真的忘记了,只要再看看源码,瞬间可以回忆起来。

arrayblockqueue源码解析

构造方法

arrayblockqueue提供了三个构造方法,如下图所示:

详解ArrayBlockQueue源码解析

arrayblockingqueue(int capacity)

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public arrayblockingqueue(int capacity) {
   this(capacity, false);
 }

这是最常用的构造方法,传入capacity,capacity是容量的意思,也就是arrayblockingqueue的最大长度,方法内部直接调用了第二个构造方法,传入的第二个参数为false。

arrayblockingqueue(int capacity, boolean fair)

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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();
 }

这个构造方法接受两个参数,分别是capacity和fair,fair是boolean类型的,代表是公平锁,还是非公平锁,可以看出如果我们用第一个构造方法来创建arrayblockingqueue的话,采用的是非公平锁,因为公平锁会损失一定的性能,在没有充足的理由的情况下,是没有必要采用公平锁的。

方法内部做了几件事情:

  1. 创建object类型的数组,容量为capacity,并且赋值给当前类对象的items。
  2. 创建排他锁。
  3. 创建条件变量notempty 。
  4. 创建条件变量notfull。

至于排他锁和两个条件变量是做什么用的,看到后面就明白了。

arrayblockingqueue(int capacity, boolean fair,collection<? extends e> c)

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public arrayblockingqueue(int capacity, boolean fair,
               collection<? extends e> c) {
    //调用第二个构造方法,方法内部就是初始化数组,排他锁,两个条件变量
    this(capacity, fair);
 
    final reentrantlock lock = this.lock;
    lock.lock(); // 开启排他锁
    try {
      int i = 0;
      try {
        // 循环传入的集合,把集合中的元素赋值给items数组,其中i会自增
        for (e e : c) {
          checknotnull(e);
          items[i++] = e;
        }
      } catch (arrayindexoutofboundsexception ex) {
        throw new illegalargumentexception();
      }
      count = i;//把i赋值给count
      //如果i==capacity,也就是到了最大容量,把0赋值给putindex,否则把i赋值给putindex
      putindex = (i == capacity) ? 0 : i;
    } finally {
      lock.unlock();//释放排他锁
    }
  }
  1. 调用第二个构造方法,方法内部就是初始化数组items,排他锁lock,以及两个条件变量。
  2. 开启排他锁。
  3. 循环传入的集合,将集合中的元素赋值给items数组,其中i会自增。
  4. 把i赋值给count。
  5. 如果i==capacity,说明到了最大的容量,就把0赋值给putindex,否则把i赋值给putindex。
  6. 在finally中释放排他锁。

看到这里,我们应该明白这个构造方法的作用是什么了,就是把传入的集合作为arrayblockingqueuede初始化数据,但是我们又会有一个新的疑问:count,putindex 是做什么用的。

offer(e e)

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public boolean offer(e e) {
   checknotnull(e);
   final reentrantlock lock = this.lock;
   lock.lock();//开启排他锁
   try {
     if (count == items.length)//如果count==items.length,返回false
       return false;
     else {
       enqueue(e);//入队
       return true;//返回true
     }
   } finally {
     lock.unlock();//释放锁
   }
 }
  1. 开启排他锁。
  2. 如果count==items.length,也就是到了最大的容量,返回false。
  3. 如果count<items.length,执行入队方法,并且返回true。
  4. 释放排他锁。

看到这里,我们应该可以明白了,arrayblockqueue是如何保证线程安全的,还是利用了reentrantlock排他锁,count就是用来保存数组的当前大小的。我们再来看看enqueue方法。

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private void enqueue(e x) {
   final object[] items = this.items;
   items[putindex] = x;
   if (++putindex == items.length)
     putindex = 0;
   count++;
   notempty.signal();
 }

这方法比较简单,在代码里面就不写注释了,做了如下的操作:

  1. 把x赋值给items[putindex] 。
  2. 将putindex进行自增,如果自增后的值 == items.length,把0赋值给putindex 。
  3. 执行count++操作。
  4. 调用条件变量notempty的signal方法,说明在某个地方,必定调用了notempty的await方法,这里就是唤醒因为调用notempty的await方法而被阻塞的线程。

这里就解答了一个疑问:putindex是做什么的,就是入队元素的下标。

add(e e)

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public boolean add(e e) {
   return super.add(e);
 }
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public boolean add(e e) {
   if (offer(e))
     return true;
   else
     throw new illegalstateexception("queue full");
 }

这个方法内部最终还是调用的offer方法。

put(e e)

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public void put(e e) throws interruptedexception {
   checknotnull(e);
   final reentrantlock lock = this.lock;
   lock.lockinterruptibly();//开启响应中断的排他锁
   try {
     while (count == items.length)//如果队列满了,调用notfull的await
       notfull.await();
     enqueue(e);//入队
   } finally {
     lock.unlock();//释放排他锁
   }
 }
  1. 开启响应中断的排他锁,如果在获取锁的过程中,当前的线程被中断,会抛出异常。
  2. 如果队列满了,调用notfull的await方法,说明在某个地方,必定调用了notfull的signal方法来唤醒当前线程,这里用while循环是为了防止虚假唤醒。
  3. 执行入队操作。
  4. 释放排他锁。

可以看到put方法和 offer/add方法的区别了:

  1. offer/add:如果队列满了,直接返回false。
  2. put:如果队列满了,当前线程被阻塞,等待唤醒。

poll()

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public e poll() {
    final reentrantlock lock = this.lock;
    lock.lock();
    try {
      return (count == 0) ? null : dequeue();
    } finally {
      lock.unlock();
    }
  }
  1. 开启排他锁。
  2. 如果count==0,直接返回null,否则执行dequeue出队操作。
  3. 释放排他锁。

我们来看dequeue方法:

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private e dequeue() {
   final object[] items = this.items;
   @suppresswarnings("unchecked")
   e x = (e) items[takeindex];//获得元素的值
   items[takeindex] = null;//把null赋值给items[takeindex]
   if (++takeindex == items.length)//如果takeindex自增后的值== items.length,就把0赋值给takeindex
     takeindex = 0;
   count--;
   if (itrs != null)
     itrs.elementdequeued();
   notfull.signal();//唤醒因为调用notfull的await方法而被阻塞的线程
   return x;
 }
  1. 获取元素的值,takeindex保存的是出队的下标。
  2. 把null赋值给items[takeindex],也就是清空被弹出的元素。
  3. 如果takeindex自增后的值== items.length,就把0赋值给takeindex。
  4. count--。
  5. 唤醒因为调用notfull的await方法而被阻塞的线程。

这里调用了notfull的signal方法来唤醒因为调用notfull的await方法而被阻塞的线程,那到底在哪里调用了notfull的await方法呢,还记不记得在put方法中调用了notfull的await方法,我们再看看:

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while (count == items.length)
      notfull.await();

当队列满了,就调用 notfull.await()来等待,在出队操作中,又调用了notfull.signal()来唤醒。

take()

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public e take() throws interruptedexception {
   final reentrantlock lock = this.lock;
   lock.lockinterruptibly();
   try {
     while (count == 0)
       notempty.await();
     return dequeue();
   } finally {
     lock.unlock();
   }
 }
  1. 开启排他锁。
  2. 如果count==0,代表队列是空的,则调用notempty的await方法,用while循环是为了防止虚假唤醒。
  3. 执行出队操作。
  4. 释放排他锁。

这里调用了notempty的await方法,那么哪里调用了notempty的signal方法呢?在enqueue入队方法里。

我们可以看到take和poll的区别:

  1. take:如果队列为空,会阻塞,直到被唤醒了。
  2. poll: 如果队列为空,直接返回null。

peek()

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public e peek() {
    final reentrantlock lock = this.lock;
    lock.lock();
    try {
      return itemat(takeindex);
    } finally {
      lock.unlock();
    }
  }
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final e itemat(int i) {
   return (e) items[i];
 }
  1. 开启排他锁。
  2. 获得元素。
  3. 释放排他锁。

我们可以看到peek和poll/take的区别:

  1. peek,只是获取元素,不会清空元素。
  2. poll/take,获取并清空元素。

size()

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public int size() {
   final reentrantlock lock = this.lock;
   lock.lock();
   try {
     return count;
   } finally {
     lock.unlock();
   }
 }
  1. 开启排他锁。
  2. 返回count。
  3. 释放排他锁。

总结

至此,arrayblockqueue的核心源码就分析完毕了,我们来做一个总结:

  1. arrayblockqueue有几个比较重要的字段,分别是items,保存的是队列的数据,putindex保存的是入队的下标,takeindex保存的是出队的下标,count用来统计队列元素的个数,lock用来保证线程的安全性,notempty和notfull两个条件变量实现唤醒和阻塞。
  2. offer和add是一样的,其中add方法内部调用的就是offer方法,如果队列满了,直接返回false。
  3. put,如果队列满了,会被阻塞。
  4. peek,只是弹出元素,不会清空元素。
  5. poll,弹出并清空元素,如果队列为空,直接返回null。
  6. take,弹出并清空元素,如果队列为空,会被阻塞。

以上所述是小编给大家介绍的arrayblockqueue源码解析详解整合,希望对大家有所帮助,如果大家有任何疑问请给我留言,小编会及时回复大家的。在此也非常感谢大家对服务器之家网站的支持!

原文链接:https://www.cnblogs.com/CodeBear/p/10668582.html

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