一、什么是 ArrayBlockingQueue

ArrayBlockingQueue 是 GUC(java.util.concurrent) 包下的一個(gè)線程安全的阻塞隊(duì)列，底層使用數(shù)組實(shí)現(xiàn)。

除了線程安全這個(gè)特性，ArrayBlockingQueue 還有其他的特點(diǎn)：

• 當(dāng)隊(duì)列已滿時(shí)，會(huì)阻塞后面添加元素 [put(E e)] 的線程，直到調(diào)用了移除元素的方法隊(duì)列不滿的情況下會(huì)喚醒前面添加元素的線程
• 當(dāng)隊(duì)列已空時(shí)，會(huì)阻塞后面移除元素 [take()] 的線程，直到調(diào)用了添加元素的方法隊(duì)列不為空的情況下會(huì)喚醒前面移除元素的線程
• 新添加的元素并不一定在數(shù)組的 0 下標(biāo)位置，因?yàn)槠鋬?nèi)部維護(hù)了一個(gè) putIndex 屬性
• 數(shù)組大小確定，通過構(gòu)造函數(shù)初始化阻塞隊(duì)列大小，沒有擴(kuò)容機(jī)制，因?yàn)榫€程阻塞，不存在數(shù)組下標(biāo)越界異常
• 元素都是緊湊的，比如阻塞隊(duì)列中有兩個(gè)元素，那這兩個(gè)元素在數(shù)組中下標(biāo)之差一定是 1
• 插入的元素不允許為 null，所有的隊(duì)列都有這個(gè)特點(diǎn)
• 先進(jìn)先出（FIFO (first-in-first-out)）

二、相關(guān)結(jié)構(gòu)介紹

2.1 內(nèi)部屬性

了解了 ArrayBlockingQueue 內(nèi)部的屬性，可以幫助我們更好的理解阻塞隊(duì)列。

// 底層存儲(chǔ)元素的數(shù)組final Object[] items;// 出隊(duì)序號(hào)，如果有一個(gè)元素出隊(duì)，那么后面的元素不會(huì)向前移動(dòng)，// 而是將 takeIndex + 1 表示后面要出隊(duì)的元素的角標(biāo)int takeIndex;// 入隊(duì)序號(hào)，表示后續(xù)插入的元素的角標(biāo)，putIndex 不一定大于 takeIndexint putIndex;// 元素個(gè)數(shù)int count;// 內(nèi)部鎖final ReentrantLock lock;// notEmpty 條件private final Condition notEmpty;// notFull 條件private final Condition notFull;

2.2 構(gòu)造函數(shù)

ArrayBlockingQueue 中共有 3 個(gè)構(gòu)造函數(shù)，這里只看其中一個(gè)，拿出來簡單地分析一下。

public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair) {if (capacity <= 0)throw new IllegalArgumentException();// 初始化底層數(shù)組this.items = new Object[capacity];// 默認(rèn)為非公平鎖lock = new ReentrantLock(fair);notEmpty = lock.newCondition();notFull = lock.newCondition();}

2.3 相關(guān)方法特性

method nameusage

offer(E e)	在隊(duì)列尾部插入元素，如果隊(duì)列已滿，則返回 false
put(E e)	在隊(duì)列尾部插入元素，如果隊(duì)列已滿，則線程阻塞等待空間可用
add(E e)	底層調(diào)用了 offer(E e) 方法
poll()	出隊(duì)，如果隊(duì)列中沒有元素則返回 null
take()	出隊(duì)，如果隊(duì)列中沒有元素，則線程阻塞，等待新元素插入
peek()	出隊(duì)，如果隊(duì)列中沒有元素則返回 null

三、源碼分析

上面對 ArrayBlockingQueue 中主要的方法作了介紹，并指出了對應(yīng)特點(diǎn)，下面就簡單的來分析一下 put 與 take 的方法。

3.1 put 方法

public void put(E e) throws InterruptedException {// 插入的元素不允許為 nullcheckNotNull(e);// 獲取鎖final ReentrantLock lock = this.lock;/*** lock：調(diào)用后一直阻塞到獲得鎖* tryLock：嘗試是否能獲得鎖 如果不能獲得立即返回* lockInterruptibly：調(diào)用后一直阻塞到獲得鎖 但是接受中斷信號(hào)(比如：Thread、sleep)*/lock.lockInterruptibly();try {// 如果隊(duì)列數(shù)組已滿，則 notFull 阻塞，當(dāng)有元素被移除后才喚醒 notFullwhile (count == items.length)notFull.await();// 元素入隊(duì)enqueue(e);} finally {// 添加完元素后釋放鎖lock.unlock();}}

上面的方法中調(diào)用了 enqueue 方法，這個(gè) enqueue 用于在隊(duì)尾插入元素，下面是具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。

private void enqueue(E x) {// assert lock.getHoldCount() == 1;// assert items[putIndex] == null;final Object[] items = this.items;// 添加元素items[putIndex] = x; // 如果插入元素的位置是數(shù)組尾部則重置 putIndex 為 0if (++putIndex == items.length)putIndex = 0;count++;// 隊(duì)列中一定有元素，因此喚醒 notEmptynotEmpty.signal();}

代碼實(shí)現(xiàn)還是比較簡單的，先加鎖，如果隊(duì)列沒有滿的情況下直接在 putIndex 的位置插入新元素，如果隊(duì)列已滿則阻塞當(dāng)前獲得鎖的添加元素的線程，直到有元素從隊(duì)列中被移除了，會(huì)喚醒 notFull，添加元素的線程才會(huì)被喚醒繼續(xù)執(zhí)行。

3.2 take 方法

take 方法與 put 方法類似。

public E take() throws InterruptedException {final ReentrantLock lock = this.lock;lock.lockInterruptibly();try {// 如果隊(duì)列中沒有元素，則讓 notEmpty 阻塞，添加元素后會(huì)喚醒 notEmptywhile (count == 0)notEmpty.await();return dequeue();} finally {lock.unlock();}}

出隊(duì) dequeue 源碼。

private E dequeue() {// assert lock.getHoldCount() == 1;// assert items[takeIndex] != null;final Object[] items = this.items;@SuppressWarnings("unchecked")E x = (E) items[takeIndex];// 元素置 nullitems[takeIndex] = null;// 如果出隊(duì)的是數(shù)組中的最后一個(gè)元素，則重置 takeIndex 為 0if (++takeIndex == items.length)takeIndex = 0;count--;if (itrs != null)itrs.elementDequeued();// 喚醒 notFullnotFull.signal();

出隊(duì)與入隊(duì)的原理都是類似的，同樣是先加鎖，如果隊(duì)列中沒有任何元素，則獲得鎖的出隊(duì)的線程阻塞 notEmpty.await()，直到有元素被添加到隊(duì)列中，會(huì)喚醒 notEmpty，移除元素的線程才會(huì)被喚醒繼續(xù)執(zhí)行，如果隊(duì)列中有元素，則直接把 takeIndex 位置上的元素出隊(duì)。

3.3 other

上面只簡單的分析了 4 個(gè)方法，但是上面 4 個(gè)方法足以讓我們了解 ArrayBlockingQueue 的實(shí)現(xiàn)原理。其中比較復(fù)雜的方法可能就是 remove 方法了，因?yàn)橐瞥脑乜赡茉谌我庖粋€(gè)位置，為了使元素緊湊，會(huì)將后面的元素向前移動(dòng)一個(gè)位置，然后重置 putIndex，大概的流程就是這樣，想看詳細(xì)的源碼可以點(diǎn)擊后面的鏈接進(jìn)行進(jìn)一步的了解。

jdk1.8 源碼閱讀：https://github.com/zchen96/jdk1.8-source-code-read

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Java8 ArrayBlockingQueue 源码阅读的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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