java并发之ArrayBlockingQueue详细介绍

java并发之ArrayBlockingQueue详细介绍

ArrayBlockingQueue是常用的线程集合，在线程池中也常常被当做任务队列来使用。使用频率特别高。他是维护的是一个循环队列（基于数组实现），循环结构在数据结构中比较常见，但是在源码实现中还是比较少见的。

线程安全的实现

线程安全队列，基本是离不开锁的。ArrayBlockingQueue使用的是ReentrantLock，配合两种Condition，实现了集合的线程安全操作。这里稍微说一个好习惯，下面是成员变量的声明。

 private static final long serialVersionUID = -817911632652898426L;
  final Object[] items;
  int takeIndex;
  int putIndex;
  int count;
  final ReentrantLock lock;
  private final Condition notEmpty;
  private final Condition notFull;
  transient Itrs itrs = null;

赋值的操作基本都是在构造函数里做的。这样有个好处，代码执行可控。成员变量的初始化也是会合并在构造方法里执行的，但是在执行顺序上需要好好斟酌，如果写在构造方法里初始化，则没有相关问题。

阻塞队列的常用场所就是生产者消费者。一般都是生产者放入，消费者从头取数据。下面重点说这两个操作。

这两个操作都是依靠锁来保证线程安全的。

生产操作

public void put(E e) throws InterruptedException {
    checkNotNull(e);
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lockInterruptibly();
    try {
      while (count == items.length)
        notFull.await();
      enqueue(e);
    } finally {
      lock.unlock();
    }
  }

put等放入操作，首先是获取锁，如果发现数据满了，就通过notFull的condition，来阻塞线程。这里的条件判定一定是用while而不是if，多线程情况下，可以被唤醒后发现又满了。

private void enqueue(E x) {
    final Object[] items = this.items;
    items[putIndex] = x;
    if (++putIndex == items.length)
      putIndex = 0;
    count++;
    notEmpty.signal();
  }

这个是入队列的操作。首先获取维护的数组。putindex就是放入操作的标志。这个操作会一直加。达到预定的长度后就变成0从头开始计数。这样插入的操作就是一个循环的操作了，count就是用来做计数的，作为能否插入数据的一个标准，插入数据后就通过notEmpty的condition发出一个信号唤醒消费线程。

消费操作

 public E take() throws InterruptedException {
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lockInterruptibly();
    try {
      while (count == 0)
        notEmpty.await();
      return dequeue();
    } finally {
      lock.unlock();
    }
  }

消费的方法也是这样。先获取锁，然后进行条件判断，如果没有数据，则阻塞线程。注意点和put一样。

  private E dequeue() {
    final Object[] items = this.items;
    @SuppressWarnings("unchecked")
    E x = (E) items[takeIndex];
    items[takeIndex] = null;
    if (++takeIndex == items.length)
      takeIndex = 0;
    count--;
    if (itrs != null)
      itrs.elementDequeued();
    notFull.signal();
    return x;
  }

取数据的时候，也依靠takeIndex，这是一个标志，这个数值也会一直增加，表示取的第一个数据的位置。如果这个标志走到最后，然后变成0，从头再来。这样保证取出的数据都是fifo的顺序。删除的时候如果发现迭代中，则会修改迭代器的遍历。然后通过notFull的condition来唤醒生产线程。

移除操作

 public boolean remove(Object o) {
    if (o == null) return false;
    final Object[] items = this.items;
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lock();
    try {
      if (count > 0) {
        final int putIndex = this.putIndex;
        int i = takeIndex;
        do {
          if (o.equals(items[i])) {
            removeAt(i);
            return true;
          }
          if (++i == items.length)
            i = 0;
        } while (i != putIndex);
      }
      return false;
    } finally {
      lock.unlock();
    }
  }

对于remove操作就比较麻烦了，首先获取锁之后，把两个标志位本地化，然后找到要删除的元素的位置。调用removeAt，这里删除需要对标志位做改变。

 void removeAt(final int removeIndex) {
    final Object[] items = this.items;
    if (removeIndex == takeIndex) {
      items[takeIndex] = null;
      if (++takeIndex == items.length)
        takeIndex = 0;
      count--;
      if (itrs != null)
        itrs.elementDequeued();
    } else {
      final int putIndex = this.putIndex;
      for (int i = removeIndex;;) {
        int next = i + 1;
        if (next == items.length)
          next = 0;
        if (next != putIndex) {
          items[i] = items[next];
          i = next;
        } else {
          items[i] = null;
          this.putIndex = i;
          break;
        }
      }
      count--;
      if (itrs != null)
        itrs.removedAt(removeIndex);
    }
    notFull.signal();
  }

如果删除的元素是位置和takeindex一样。那就可以直接删除，然后让删除标志位向后移动。如果不是，则从删除的位置开始，进行后面向前面的数据覆盖的操作。直到遇到putindex的前一个位置。然后把那个位置的数据设置为null。并且把putindex的位置往前移动一格，正在迭代的时候要删除数据并且唤醒生产线程。

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