ArrayBlockingQueue 学习

 

原文： https://blog.csdn.net/u014799292/article/details/90167096

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在java多线程操作中， BlockingQueue<E> 常用的一种方法之一。在看jdk内部尤其是一些多线程，大量使用了blockinkQueue 来做的。 

借用jdk api解释下：

BlockingQueue 方法以四种形式出现，对于不能立即满足但可能在将来某一时刻可以满足的操作，这四种形式的处理方式不同：

• 第一种是抛出一个异常，
• 第二种是返回一个特殊值（null 或 false，具体取决于操作），
• 第三种是在操作可以成功前，无限期地阻塞当前线程，
• 第四种是在放弃前只在给定的最大时间限制内阻塞。下表中总结了这些方法：

	抛出异常	特殊值	阻塞	超时
插入	add(e)	offer(e)	put(e)	offer(e, time, unit)
移除	remove()	poll()	take()	poll(time, unit)
检查	element()	peek()	不可用	不可用

ArrayBlockingQueue介绍

根据 ArrayBlockingQueue 的名字我们都可以看出，它是一个队列，并且是一个基于数组的阻塞队列。ArrayBlockingQueue是一个阻塞式的队列，继承自AbstractBlockingQueue,间接的实现了Queue接口和Collection接口。底层以数组的形式保存数据(实际上可看作一个循环数组)。常用的操作包括 add，offer，put，remove，poll，take，peek。

ArrayBlockingQueue 是一个有界队列，有界也就意味着，它不能够存储无限多数量的对象。所以在创建 ArrayBlockingQueue 时，必须要给它指定一个队列的大小。

我们先来熟悉一下 ArrayBlockingQueue 中的几个重要的方法。

• add(E e)：把 e 加到 BlockingQueue 里，即如果 BlockingQueue 可以容纳，则返回 true，否则报异常 
• offer(E e)：表示如果可能的话，将 e 加到 BlockingQueue 里，即如果 BlockingQueue 可以容纳，则返回 true，否则返回 false 
• put(E e)：把 e 加到 BlockingQueue 里，如果 BlockQueue 没有空间，则调用此方法的线程被阻断直到 BlockingQueue 里面有空间再继续
• poll(time)：取走 BlockingQueue 里排在首位的对象，若不能立即取出，则可以等 time 参数规定的时间,取不到时返回 null 
• take()：取走 BlockingQueue 里排在首位的对象，若 BlockingQueue 为空，阻断进入等待状态直到 Blocking 有新的对象被加入为止 
• remainingCapacity()：剩余可用的大小。等于初始容量减去当前的 size

ArrayBlockingQueue 使用场景。

• 先进先出队列（队列头的是最先进队的元素；队列尾的是最后进队的元素）
• 有界队列（即初始化时指定的容量，就是队列最大的容量，不会出现扩容，容量满，则阻塞进队操作；容量空，则阻塞出队操作）
• 队列不支持空元素

 保存数据的结构

/** The queued items */
final Object[] items;

可以看到，是一个Object的数组。

全局锁

/** The queued items */
final Object[] items;

注视也说明了，这是一个掌管所有访问操作的锁。全局共享。都会使用这个锁。

/** Main lock guarding all access */
final ReentrantLock lock;

ArrayBlockingQueue 进队操作采用了加锁的方式保证并发安全。源代码里面有一个 while() 判断：

public void put(E e) throws InterruptedException {
    checkNotNull(e); // 非空判断
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lockInterruptibly(); // 获取锁
    try {
        while (count == items.length) {
            // 一直阻塞，知道队列非满时，被唤醒
            notFull.await();
        }
        enqueue(e); // 进队
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}
public boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit)
    throws InterruptedException {
    checkNotNull(e);
    long nanos = unit.toNanos(timeout);
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lockInterruptibly();
    try {
        while (count == items.length) {
        // 阻塞，知道队列不满
        // 或者超时时间已过，返回false
            if (nanos <= 0)
                return false;
            nanos = notFull.awaitNanos(nanos);
        }
        enqueue(e);
        return true;
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

 

通过源码分析，我们可以发现下面的规律：

• 阻塞调用方式 put(e)或 offer(e, timeout, unit)
• 阻塞调用时，唤醒条件为超时或者队列非满（因此，要求在出队时，要发起一个唤醒操作）
• 进队成功之后，执行notEmpty.signal()唤起被阻塞的出队线程

出队的源码类似。ArrayBlockingQueue 队列我们可以在创建线程池时进行使用。

new ThreadPoolExecutor(1, 1, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new ArrayBlockingQueue<Runnable>(2));

PS：在进行某项业务存储操作时，建议采用offer进行添加，可及时获取boolean进行判断，如用put要考虑阻塞情况（队列的出队操作慢于进队操作），资源占用。

有兴趣的可以顺便了解下 LinkedBlockingQueue