【Java 并发】【十】【JUC数据结构】【四】ArrayBlockingQueue阻塞队列原理
1 前言
这节我们就来看看ArrayBlockingQueue内部实现的原理。ArrayBlockingQueue阻塞队列是基于数组来实现的，上一章节的LinkedBlockingQueue是基于链表来实现的。ArrayBlockingQueue内部的实现机制跟LinkedBlockingQueue是几乎一样的。这节我们就简单来过一下ArrayBlockingQueue这个阻塞队列。
2 ArrayBlockingQueue内部源码
2.1 内部属性
我们先来看一下ArrayBlockingQueue内部有哪些属性：
public class ArrayBlockingQueue<E> extends AbstractQueue<E> implements BlockingQueue<E>, java.io.Serializable { private static final long serialVersionUID = -817911632652898426L; // 队列数组，这里使用数组来存储数据 // 提示：ArrayBlockingQueue使用环形数组来存储数据和取出数据 final Object[] items; // 这里是当前取到数组的第几个位置，初始化是0 int takeIndex; // 这里是插入到数组的第几个位置，初始化是0 int putIndex; // 当前阻塞队列的大小，具有多少个元素 int count; // 锁，注意这里与LinkedBlockingQueue不同 // 这里只有一把锁，插入的时候和拉取数据的时候都是使用这同一把锁 final ReentrantLock lock; // 取数据的等待条件，队列非空 private final Condition notEmpty; // 插入数据的等待条件，队列未满 private final Condition notFull; }
2.2 构造方法
public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair) { // 必须要指定数组的长度，并且capacity容量必须大于0 if (capacity <= 0) throw new IllegalArgumentException(); // 这里的capacity要做数组长度初始化，所以是必须的 this.items = new Object[capacity]; // 这里fair代表的是使用的是公平锁还是非公平锁 lock = new ReentrantLock(fair); // 去数据的条件，非空 notEmpty = lock.newCondition(); // 插入数据的条件，容量未满 notFull = lock.newCondition(); }
public ArrayBlockingQueue(int capacity) { // 这里必须传一个capacity容量大小，默认使用的是非公平锁 this(capacity, false); }
根据上面讲解的ArrayBlockingQueue的属性，我们还是画个图理解一下：
（1）首先队列使用数组来存储元素，有一个items的Object数组
（2）有两个指针构成环形数组，分别是putIndex插入位置指针，takeIndex获取数据指针
（3）有一个int 类型的count属性，表示当前队列的大小；items数组的长度length就是当前队列的最大容量
（4）有一把锁lock，插入队列和从队列获取数据的时候都需要对同一把锁进行上锁，注意，这里是与LinkedBlockingQueue不一样的地方，LinkedBlockingQueue是两把锁，插入一把锁，获取一把锁；而这里是共用同一把锁
（5）两个Condition等待条件，notFull表示插入条件，容量未满的时候可以插入；notEmpty表示取数条件，队列不是空的时候可以取数据
2.3 put方法
我们来看一下put方法的源码流程：
public void put(E e) throws InterruptedException { // 首先检查下插入元素是否是空，如果是空则抛出异常 checkNotNull(e); final ReentrantLock lock = this.lock; // 进行插入之前要进行加锁 lock.lockInterruptibly(); try { // 这里判断容量是否满了 while (count == items.length) // 如果对接的容量满了,说明notFull条件不满足 // 此时插入线程调用notFull.await方法进入等待队列阻塞等待 notFull.await(); // 走到这里，说明队列未满，插入一个元素。 // 并且插入成功之后，队列有元素了，唤醒一下取数而被阻塞的线程，让它们醒来取数据 enqueue(e); } finally { // 这里就是释放锁了，常规操作 lock.unlock(); } }
2.3.1 enqueue方法
private void enqueue(E x) { // 获取存储数据的数组 final Object[] items = this.items; // 这里就是往putIndex的数组位置插入一个元素 items[putIndex] = x; // 同时插入位置右移一个位置 // 如果移动到了数组尽头了，此时重新回到数组的下标为0的位置 // 这里的数组就是环形数组，如果不懂环形数组的童鞋，需要上网了解下哈 if (++putIndex == items.length) putIndex = 0; // 数组元素的个数+1 count++; // 插入成功，此时阻塞队列肯定不为空 // 调用notEmpty.singal方法唤醒一下之前可能取数据是空而阻塞等待的线程 notEmpty.signal(); }
上面就是put方法的大致逻辑，我们画个图理解一下：
（1）线程A调用put方法插入数据，首先需要调用lock.lock方法进行加锁
（2）加锁成功之后判断当前队列是否满了，也就是count == items.length是否成立
（3）如果满了，则调用notFull.await方法去等待队列阻塞等待，等待别人取数据后，队列有空余位置插入的时候将它唤醒
（4）如果队列未满，那就简单了，往数组的putIndex位置放入插入的元素
（5）插入成功之后，此时队列有数据了，调用notEmpty.singal方法唤醒一个取数线程，告诉它有数据可以取了
2.4 take方法
我们继续看获取take的源码：
public E take() throws InterruptedException { final ReentrantLock lock = this.lock; // 取数前进行加锁 lock.lockInterruptibly(); try { // 判断当前队列是否是空的 while (count == 0) // 如果队列是空的，notEmpty非空条件不满足 // 此时调用await方法进入等待队列阻塞等待 notEmpty.await(); // 走到这里，说明队列非空，此时取出一个数据 // 并且取出一个数据后，队列空余了一个位置，唤醒正在插入阻塞的线程，有空余位置了，可以插入数据了 return dequeue(); } finally { // 常规操作，这里就是释放锁了 lock.unlock(); } }
这里我们结合put、take画一个整体的图，来理解一下：
（1）线程B调用take方法获取数据，首先要进行加锁调用lock.lockInterruptibly()方法
（2）加锁成功之后，判断当前队列是否为空，也就是count == 0是否成立
（3）如果队列是空的，没有数据可以获取，此时取数线程就需要调用notEmpty.await方法进入等待队列阻塞等待
（4）如果队列非空，此时就获取一个元素，队列多空出了一个位置，队列肯定是未满的，此时就可以调用notFull.singal方法唤醒一个插入阻塞的线程，告诉它有空余的位置可以插入数据了
ArrayBlockingQueue的其它方法这里就不看了哈，原理都是大同小异的，跟LinkedBlockingQueue实现的原理都差不多。
3 小结
好了，ArrayBlockingQueue就到这里了，可以跟LinkedBlockingQueue对照着看，主要是用的数据结构不一样以及锁的个数不一样哈，有理解不对的地方欢迎指正哈。
