【JUC】JDK1.8源码分析之ArrayBlockingQueue(三)
一、前言
在完成Map下的并发集合后,现在来分析ArrayBlockingQueue,ArrayBlockingQueue可以用作一个阻塞型队列,支持多任务并发操作,有了之前看源码的积累,再看ArrayBlockingQueue源码会很容易,下面开始正文。
二、ArrayBlockingQueue数据结构
通过源码分析,并且可以对比ArrayList可知,ArrayBlockingQueue的底层数据结构是数组,数据结构如下
说明:ArrayBlockingQueue底层采用数据才存放数据,对数组的访问添加了锁的机制,使其能够支持多线程并发。
三、ArrayBlockingQueue源码分析
3.1 类的继承关系
public class ArrayBlockingQueue<E> extends AbstractQueue<E>implements BlockingQueue<E>, java.io.Serializable {}
说明:可以看到ArrayBlockingQueue继承了AbstractQueue抽象类,AbstractQueue定义了对队列的基本操作;同时实现了BlockingQueue接口,BlockingQueue表示阻塞型的队列,其对队列的操作可能会抛出异常;同时也实现了Searializable接口,表示可以被序列化。
3.2 类的属性
public class ArrayBlockingQueue<E> extends AbstractQueue<E>implements BlockingQueue<E>, java.io.Serializable {// 版本序列号private static final long serialVersionUID = -817911632652898426L;// 存放实际元素的数组final Object[] items;// 取元素索引int takeIndex;// 获取元素索引int putIndex;// 队列中的项int count;// 可重入锁final ReentrantLock lock;// 等待获取条件private final Condition notEmpty;// 等待存放条件private final Condition notFull;// 迭代器transient Itrs itrs = null; }
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说明:从类的属性中可以清楚的看到其底层的结构是Object类型的数组,取元素和存元素有不同的索引,有一个可重入锁ReentrantLock,两个条件Condition。对ReentrantLock和Condition不太熟悉的读者可以参考笔者的这篇博客,【JUC】JDK1.8源码分析之ReentrantLock(三)。
3.3 类的构造函数
1. ArrayBlockingQueue(int)型构造函数
public ArrayBlockingQueue(int capacity) {// 调用两个参数的构造函数this(capacity, false);}
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说明:该构造函数用于创建一个带有给定的(固定)容量和默认访问策略的 ArrayBlockingQueue。
2. ArrayBlockingQueue(int, boolean)型构造函数
public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair) {// 初始容量必须大于0if (capacity <= 0)throw new IllegalArgumentException();// 初始化数组this.items = new Object[capacity];// 初始化可重入锁lock = new ReentrantLock(fair);// 初始化等待条件notEmpty = lock.newCondition();notFull = lock.newCondition();}
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说明:该构造函数用于创建一个具有给定的(固定)容量和指定访问策略的 ArrayBlockingQueue。
3. ArrayBlockingQueue(int, boolean, Collection<? extends E>)型构造函数
public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair,Collection<? extends E> c) {// 调用两个参数的构造函数this(capacity, fair);// 可重入锁final ReentrantLock lock = this.lock;// 上锁lock.lock(); // Lock only for visibility, not mutual exclusiontry {int i = 0;try {for (E e : c) { // 遍历集合// 检查元素是否为空 checkNotNull(e);// 存入ArrayBlockingQueue中items[i++] = e;}} catch (ArrayIndexOutOfBoundsException ex) { // 当初始化容量小于传入集合的大小时,会抛出异常throw new IllegalArgumentException();}// 元素数量count = i;// 初始化存元素的索引putIndex = (i == capacity) ? 0 : i;} finally {// 释放锁 lock.unlock();}}
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说明:该构造函数用于创建一个具有给定的(固定)容量和指定访问策略的 ArrayBlockingQueue,它最初包含给定 collection 的元素,并以 collection 迭代器的遍历顺序添加元素。
3.4 核心函数分析
1. put函数
public void put(E e) throws InterruptedException {checkNotNull(e);// 获取可重入锁final ReentrantLock lock = this.lock;// 如果当前线程未被中断,则获取锁 lock.lockInterruptibly();try {while (count == items.length) // 判断元素是否已满// 若满,则等待 notFull.await();// 入队列 enqueue(e);} finally {// 释放锁 lock.unlock();}}
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说明:put函数用于存放元素,在当前线程被中断时会抛出异常,并且当队列已经满时,会阻塞一直等待。其中,put会调用enqueue函数,enqueue函数源码如下
private void enqueue(E x) {// assert lock.getHoldCount() == 1;// assert items[putIndex] == null;// 获取数组final Object[] items = this.items;// 将元素放入items[putIndex] = x;if (++putIndex == items.length) // 放入后存元素的索引等于数组长度(表示已满)// 重置存索引为0putIndex = 0;// 元素数量加1count++;// 唤醒在notEmpty条件上等待的线程 notEmpty.signal();}
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说明:enqueue函数用于将元素存入底层Object数组中,并且会唤醒等待notEmpty条件的线程。
2. offer函数
public boolean offer(E e) {// 检查元素不能为空 checkNotNull(e);// 可重入锁final ReentrantLock lock = this.lock;// 获取锁 lock.lock();try {if (count == items.length) // 元素个数等于数组长度,则返回return false; else { // 添加进数组 enqueue(e);return true;}} finally {// 释放数组 lock.unlock();}}
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说明:offer函数也用于存放元素,在调用ArrayBlockingQueue的add方法时,会间接的调用到offer函数,offer函数添加元素不会抛出异常,当底层Object数组已满时,则返回false,否则,会调用enqueue函数,将元素存入底层Object数组。并唤醒等待notEmpty条件的线程。
3. take函数
public E take() throws InterruptedException {// 可重入锁final ReentrantLock lock = this.lock;// 如果当前线程未被中断,则获取锁,中断会抛出异常 lock.lockInterruptibly();try {while (count == 0) // 元素数量为0,即Object数组为空// 则等待notEmpty条件 notEmpty.await();// 出队列return dequeue();} finally {// 释放锁 lock.unlock();}}
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说明:take函数用于从ArrayBlockingQueue中获取一个元素,其与put函数相对应,在当前线程被中断时会抛出异常,并且当队列为空时,会阻塞一直等待。其中,take会调用dequeue函数,dequeue函数源码如下
private E dequeue() {// assert lock.getHoldCount() == 1;// assert items[takeIndex] != null;final Object[] items = this.items;@SuppressWarnings("unchecked")// 取元素E x = (E) items[takeIndex];// 该索引的值赋值为nullitems[takeIndex] = null;// 取值索引等于数组长度if (++takeIndex == items.length)// 重新赋值取值索引takeIndex = 0;// 元素个数减1count--;if (itrs != null) itrs.elementDequeued();// 唤醒在notFull条件上等待的线程 notFull.signal();return x;}
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说明:dequeue函数用于将取元素,并且会唤醒等待notFull条件的线程。
4. poll函数
public E poll() {// 重入锁final ReentrantLock lock = this.lock;// 获取锁 lock.lock();try {// 若元素个数为0则返回null,否则,调用dequeue,出队列return (count == 0) ? null : dequeue();} finally {// 释放锁 lock.unlock();}}
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说明:poll函数用于获取元素,其与offer函数相对应,不会抛出异常,当元素个数为0是,返回null,否则,调用dequeue函数,并唤醒等待notFull条件的线程。并返回。
5. clear函数
public void clear() {// 数组final Object[] items = this.items;// 可重入锁final ReentrantLock lock = this.lock;// 获取锁 lock.lock();try {// 保存元素个数int k = count;if (k > 0) { // 元素个数大于0// 存数元素索引final int putIndex = this.putIndex;// 取元素索引int i = takeIndex;do {// 赋值为nullitems[i] = null;if (++i == items.length) // 重新赋值ii = 0;} while (i != putIndex);// 重新赋值取元素索引takeIndex = putIndex;// 元素个数为0count = 0;if (itrs != null)itrs.queueIsEmpty();for (; k > 0 && lock.hasWaiters(notFull); k--) // 若有等待notFull条件的线程,则逐一唤醒 notFull.signal();}} finally {// 释放锁 lock.unlock();}}
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说明:clear函数用于清空ArrayBlockingQueue,并且会释放所有等待notFull条件的线程(存放元素的线程)。
四、示例
下面给出一个具体的示例来演示ArrayBlockingQueue的使用
package com.hust.grid.leesf.collections;import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;class PutThread extends Thread {private ArrayBlockingQueue<Integer> abq;public PutThread(ArrayBlockingQueue<Integer> abq) {this.abq = abq;}public void run() {for (int i = 0; i < 10; i++) {try {System.out.println("put " + i);abq.put(i);Thread.sleep(100);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}} }class GetThread extends Thread {private ArrayBlockingQueue<Integer> abq;public GetThread(ArrayBlockingQueue<Integer> abq) {this.abq = abq;}public void run() {for (int i = 0; i < 10; i++) {try {System.out.println("take " + abq.take());Thread.sleep(100);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}} }public class ArrayBlockingQueueDemo {public static void main(String[] args) {ArrayBlockingQueue<Integer> abq = new ArrayBlockingQueue<Integer>(10);PutThread p1 = new PutThread(abq);GetThread g1 = new GetThread(abq);p1.start();g1.start();} }
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运行结果:
put 0 take 0 put 1 take 1 put 2 take 2 put 3 take 3 put 4 take 4 put 5 take 5 put 6 take 6 put 7 take 7 put 8 take 8 put 9 take 9
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说明:示例中使用了两个线程,一个用于存元素,一个用于读元素,存和读各10次,每个线程存一个元素或者读一个元素后都会休眠100ms,可以看到结果是交替打印,并且首先打印的肯定是put线程语句(因为若取线程先取元素,此时队列并没有元素,其会阻塞,等待存线程存入元素),并且最终程序可以正常结束。
① 若修改取元素线程,将存的元素的次数修改为15次(for循环的结束条件改为15即可),运行结果如下:
put 0 take 0 put 1 take 1 put 2 take 2 put 3 take 3 put 4 take 4 put 5 take 5 put 6 take 6 put 7 take 7 put 8 take 8 put 9 take 9
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说明:运行结果与上面的运行结果相同,但是,此时程序无法正常结束,因为take方法被阻塞了,等待被唤醒。
五、总结
总的来说,有了前面分析的基础,分析ArrayBlockingQueue就会非常的简单,ArrayBlockingQueue是通过ReentrantLock和Condition条件来保证多线程的正确访问的。ArrayBockingQueue的分析就到这里,欢迎交流,谢谢各位园友的观看~
转载于:https://www.cnblogs.com/leesf456/p/5533770.html
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