死磕 java集合之LinkedBlockingQueue源码分析
问题
（1）LinkedBlockingQueue的实现方式？
（2）LinkedBlockingQueue是有界的还是无界的队列？
（3）LinkedBlockingQueue相比ArrayBlockingQueue有什么改进？
简介
LinkedBlockingQueue是java并发包下一个以单链表实现的阻塞队列，它是线程安全的，至于它是不是有界的，请看下面的分析。
源码分析
主要属性
// 容量
private final int capacity;
// 元素数量
private final AtomicInteger count = new AtomicInteger();
// 链表头
transient Node<E> head;
// 链表尾
private transient Node<E> last;
// take锁
private final ReentrantLock takeLock = new ReentrantLock();
// notEmpty条件
// 当队列无元素时，take锁会阻塞在notEmpty条件上，等待其它线程唤醒
private final Condition notEmpty = takeLock.newCondition();
// 放锁
private final ReentrantLock putLock = new ReentrantLock();
// notFull条件
// 当队列满了时，put锁会会阻塞在notFull上，等待其它线程唤醒
private final Condition notFull = putLock.newCondition();
（1）capacity，有容量，可以理解为LinkedBlockingQueue是有界队列
（2）head, last，链表头、链表尾指针
（3）takeLock，notEmpty，take锁及其对应的条件
（4）putLock, notFull，put锁及其对应的条件
（5）入队、出队使用两个不同的锁控制，锁分离，提高效率
内部类
static class Node<E> {
E item;
Node<E> next;
Node(E x) { item = x; }
}
典型的单链表结构。
主要构造方法
public LinkedBlockingQueue() {
// 如果没传容量，就使用最大int值初始化其容量
this(Integer.MAX_VALUE);
}
public LinkedBlockingQueue(int capacity) {
if (capacity <= 0) throw new IllegalArgumentException();
this.capacity = capacity;
// 初始化head和last指针为空值节点
last = head = new Node<E>(null);
}
入队
入队同样有四个方法，我们这里只分析最重要的一个，put(E e)方法：
public void put(E e) throws InterruptedException {
// 不允许null元素
if (e == null) throw new NullPointerException();
int c = -1;
// 新建一个节点
Node<E> node = new Node<E>(e);
final ReentrantLock putLock = this.putLock;
final AtomicInteger count = this.count;
// 使用put锁加锁
putLock.lockInterruptibly();
try {
// 如果队列满了，就阻塞在notFull条件上
// 等待被其它线程唤醒
while (count.get() == capacity) {
notFull.await();
}
// 队列不满了，就入队
enqueue(node);
// 队列长度加1
c = count.getAndIncrement();
// 如果现队列长度如果小于容量
// 就再唤醒一个阻塞在notFull条件上的线程
// 这里为啥要唤醒一下呢？
// 因为可能有很多线程阻塞在notFull这个条件上的
// 而取元素时只有取之前队列是满的才会唤醒notFull
// 为什么队列满的才唤醒notFull呢？
// 因为唤醒是需要加putLock的，这是为了减少锁的次数
// 所以，这里索性在放完元素就检测一下，未满就唤醒其它notFull上的线程
// 说白了，这也是锁分离带来的代价
if (c + 1 < capacity)
notFull.signal();
} finally {
// 释放锁
putLock.unlock();
}
// 如果原队列长度为0，现在加了一个元素后立即唤醒notEmpty条件
if (c == 0)
signalNotEmpty();
}
private void enqueue(Node<E> node) {
// 直接加到last后面
last = last.next = node;
}
private void signalNotEmpty() {
final ReentrantLock takeLock = this.takeLock;
// 加take锁
takeLock.lock();
try {
// 唤醒notEmpty条件
notEmpty.signal();
} finally {
// 解锁
takeLock.unlock();
}
}
（1）使用putLock加锁；
（2）如果队列满了就阻塞在notFull条件上；
（3）否则就入队；
（4）如果入队后元素数量小于容量，唤醒其它阻塞在notFull条件上的线程；
（5）释放锁；
（6）如果放元素之前队列长度为0，就唤醒notEmpty条件；
出队
出队同样也有四个方法，我们这里只分析最重要的那一个，take()方法：
public E take() throws InterruptedException {
E x;
int c = -1;
final AtomicInteger count = this.count;
final ReentrantLock takeLock = this.takeLock;
// 使用takeLock加锁
takeLock.lockInterruptibly();
try {
// 如果队列无元素，则阻塞在notEmpty条件上
while (count.get() == 0) {
notEmpty.await();
}
// 否则，出队
x = dequeue();
// 获取出队前队列的长度
c = count.getAndDecrement();
// 如果取之前队列长度大于1，则唤醒notEmpty
if (c > 1)
notEmpty.signal();
} finally {
// 释放锁
takeLock.unlock();
}
// 如果取之前队列长度等于容量
// 则唤醒notFull
if (c == capacity)
signalNotFull();
return x;
}
private E dequeue() {
// head节点本身是不存储任何元素的
// 这里把head删除，并把head下一个节点作为新的值
// 并把其值置空，返回原来的值
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;
}
private void signalNotFull() {
final ReentrantLock putLock = this.putLock;
putLock.lock();
try {
// 唤醒notFull
notFull.signal();
} finally {
putLock.unlock();
}
}
（1）使用takeLock加锁；
（2）如果队列空了就阻塞在notEmpty条件上；
（3）否则就出队；
（4）如果出队前元素数量大于1，唤醒其它阻塞在notEmpty条件上的线程；
（5）释放锁；
（6）如果取元素之前队列长度等于容量，就唤醒notFull条件；
总结
（1）LinkedBlockingQueue采用单链表的形式实现；
（2）LinkedBlockingQueue采用两把锁的锁分离技术实现入队出队互不阻塞；
（3）LinkedBlockingQueue是有界队列，不传入容量时默认为最大int值；
彩蛋
（1）LinkedBlockingQueue与ArrayBlockingQueue对比？
a）后者入队出队采用一把锁，导致入队出队相互阻塞，效率低下；
b）前才入队出队采用两把锁，入队出队互不干扰，效率较高；
c）二者都是有界队列，如果长度相等且出队速度跟不上入队速度，都会导致大量线程阻塞；
d）前者如果初始化不传入初始容量，则使用最大int值，如果出队速度跟不上入队速度，会导致队列特别长，占用大量内存；
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