注意：在阅读本文之前或在阅读的过程中，需要用到ReentrantLock
1、对于ArrayBlockingQueue需要掌握以下几点
- 创建
- 入队（添加元素）
- 出队（删除元素）
2、创建
- public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair)
- public ArrayBlockingQueue(int capacity)
使用方法：
- Queue<String> abq = new ArrayBlockingQueue<String>(2);
- Queue<String> abq = new ArrayBlockingQueue<String>(2,true);
通过使用方法，可以看出ArrayBlockingQueue支持ReentrantLock的公平锁模式与非公平锁模式，对于这两种模式，查看本文开头的文章即可。
源代码如下：
private final E[] items;//底层数据结构 private int takeIndex;//用来为下一个take/poll/remove的索引（出队） private int putIndex;//用来为下一个put/offer/add的索引（入队） private int count;//队列中元素的个数 /* * Concurrency control uses the classic two-condition algorithm found in any * textbook. */ /** Main lock guarding all access */ private final ReentrantLock lock;//锁 /** Condition for waiting takes */ private final Condition notEmpty;//等待出队的条件 /** Condition for waiting puts */ private final Condition notFull;//等待入队的条件
/** * 创造一个队列，指定队列容量，指定模式 * @param fair * true：先来的线程先操作 * false：顺序随机 */ public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair) { if (capacity <= 0) throw new IllegalArgumentException(); this.items = (E[]) new Object[capacity];//初始化类变量数组items lock = new ReentrantLock(fair);//初始化类变量锁lock notEmpty = lock.newCondition();//初始化类变量notEmpty Condition notFull = lock.newCondition();//初始化类变量notFull Condition } /** * 创造一个队列，指定队列容量，默认模式为非公平模式 * @param capacity <1会抛异常 */ public ArrayBlockingQueue(int capacity) { this(capacity, false); }
注意：
- ArrayBlockingQueue的组成：一个对象数组+1把锁ReentrantLock+2个条件Condition
- 在查看源码的过程中，也要模仿带条件锁的使用，这个双条件锁模式是很经典的模式
3、入队
3.1、public boolean offer(E e)
原理：
- 在队尾插入一个元素， 如果队列没满，立即返回true； 如果队列满了，立即返回false
使用方法：
- abq.offer("hello1");
源代码：
/** * 在队尾插入一个元素， * 如果队列没满，立即返回true； * 如果队列满了，立即返回false * 注意：该方法通常优于add(),因为add()失败直接抛异常 */ public boolean offer(E e) { if (e == null) throw new NullPointerException(); final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lock(); try { if (count == items.length)//数组满了 return false; else {//数组没满 insert(e);//插入一个元素 return true; } } finally { lock.unlock(); } }
private void insert(E x) { items[putIndex] = x;//插入元素 putIndex = inc(putIndex);//putIndex+1 ++count;//元素数量+1 /** * 唤醒一个线程 * 如果有任意一个线程正在等待这个条件，那么选中其中的一个区唤醒。 * 在从等待状态被唤醒之前，被选中的线程必须重新获得锁 */ notEmpty.signal(); }
/** * i+1,数组下标+1 */ final int inc(int i) { return (++i == items.length) ? 0 : i; }
代码非常简单，流程看注释即可，只有一点注意点：
- 在插入元素结束后，唤醒等待notEmpty条件（即获取元素）的线程，可以发现这类似于生产者-消费者模式
3.2、public boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException
原理：
- 在队尾插入一个元素,，如果数组已满，则进入等待，直到出现以下三种情况：
- 被唤醒
- 等待时间超时
- 当前线程被中断
使用方法：
try { abq.offer("hello2",1000,TimeUnit.MILLISECONDS); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
源代码：
/** * 在队尾插入一个元素, * 如果数组已满，则进入等待，直到出现以下三种情况： * 1、被唤醒 * 2、等待时间超时 * 3、当前线程被中断 */ public boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { if (e == null) throw new NullPointerException(); long nanos = unit.toNanos(timeout);//将超时时间转换为纳秒 final ReentrantLock lock = this.lock; /* * lockInterruptibly(): * 1、 在当前线程没有被中断的情况下获取锁。 * 2、如果获取成功，方法结束。 * 3、如果锁无法获取，当前线程被阻塞，直到下面情况发生： * 1）当前线程(被唤醒后)成功获取锁 * 2）当前线程被其他线程中断 * * lock() * 获取锁，如果锁无法获取，当前线程被阻塞，直到锁可以获取并获取成功为止。 */ lock.lockInterruptibly();//加可中断的锁 try { for (;;) { if (count != items.length) {//队列未满 insert(e); return true; } if (nanos <= 0)//已超时 return false; try { /* * 进行等待： * 在这个过程中可能发生三件事： * 1、被唤醒-->继续当前这个for(;;)循环 * 2、超时-->继续当前这个for(;;)循环 * 3、被中断-->之后直接执行catch部分的代码 */ nanos = notFull.awaitNanos(nanos);//进行等待（在此过程中，时间会流失,在此过程中，线程也可能被唤醒） } catch (InterruptedException ie) {//在等待的过程中线程被中断 notFull.signal(); // 唤醒其他未被中断的线程 throw ie; } } } finally { lock.unlock(); } }
注意：
- awaitNanos(nanos)是AQS中的一个方法，这里就不详细说了，有兴趣的自己去查看AQS的源代码。
- lockInterruptibly()与lock()的区别见注释
3.3、public void put(E e) throws InterruptedException
原理：
- 在队尾插入一个元素，如果队列满了，一直阻塞，直到数组不满了或者线程被中断
使用方法：
try { abq.put("hello1"); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
源代码：
/** * 在队尾插入一个元素 * 如果队列满了，一直阻塞，直到数组不满了或者线程被中断 */ public void put(E e) throws InterruptedException { if (e == null) throw new NullPointerException(); final E[] items = this.items; final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lockInterruptibly(); try { try { while (count == items.length)//队列满了，一直阻塞在这里 /* * 一直等待条件notFull，即被其他线程唤醒 * （唤醒其实就是，有线程将一个元素出队了，然后调用notFull.signal()唤醒其他等待这个条件的线程，同时队列也不慢了） */ notFull.await(); } catch (InterruptedException ie) {//如果被中断 notFull.signal(); // 唤醒其他等待该条件（notFull，即入队）的线程 throw ie; } insert(e); } finally { lock.unlock(); } }
4、出队
4.1、public E poll()
原理：
- 如果没有元素，直接返回null；如果有元素，将队头元素置null，但是要注意队头是随时变化的，并非一直是items[0]。
使用方法：
abq.poll();
源代码：
/** * 出队 */ public E poll() { final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lock(); try { if (count == 0)//如果没有元素，直接返回null，而非抛出异常 return null; E x = extract(); return x; } finally { lock.unlock(); } }
/** * 出队 */ private E extract() { final E[] items = this.items; E x = items[takeIndex];//获取出队元素 items[takeIndex] = null;//将出队元素位置置空 /* * 第一次出队的元素takeIndex==0,第二次出队的元素takeIndex==1 * (注意：这里出队之后，并没有将后面的数组元素向前移) */ takeIndex = inc(takeIndex); --count;//数组元素个数-1 notFull.signal();//数组已经不满了，唤醒其他等待notFull条件的线程 return x;//返回出队的元素 }
4.2、public E poll(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException
原理：
- 从对头删除一个元素，如果数组不空，出队；如果数组已空且已经超时，返回null；如果数组已空且时间未超时，则进入等待，直到出现以下三种情况：
- 被唤醒
- 等待时间超时
- 当前线程被中断
使用方法：
try { abq.poll(1000, TimeUnit.MILLISECONDS); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
源代码：
/** * 从对头删除一个元素, * 如果数组不空，出队； * 如果数组已空，判断时间是否超时，如果已经超时，返回null * 如果数组已空且时间未超时，则进入等待，直到出现以下三种情况： * 1、被唤醒 * 2、等待时间超时 * 3、当前线程被中断 */ public E poll(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { long nanos = unit.toNanos(timeout);//将时间转换为纳秒 final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lockInterruptibly(); try { for (;;) { if (count != 0) {//数组不空 E x = extract();//出队 return x; } if (nanos <= 0)//时间超时 return null; try { /* * 进行等待： * 在这个过程中可能发生三件事： * 1、被唤醒-->继续当前这个for(;;)循环 * 2、超时-->继续当前这个for(;;)循环 * 3、被中断-->之后直接执行catch部分的代码 */ nanos = notEmpty.awaitNanos(nanos); } catch (InterruptedException ie) { notEmpty.signal(); // propagate to non-interrupted thread throw ie; } } } finally { lock.unlock(); } }
4.3、public E take() throws InterruptedException
原理：
- 将队头元素出队，如果队列空了，一直阻塞，直到数组不为空或者线程被中断
使用方法：
try { abq.take(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
源代码：
/** * 将队头元素出队 * 如果队列空了，一直阻塞，直到数组不为空或者线程被中断 */ public E take() throws InterruptedException { final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lockInterruptibly(); try { try { while (count == 0)//如果数组为空，一直阻塞在这里 /* * 一直等待条件notEmpty，即被其他线程唤醒 * （唤醒其实就是，有线程将一个元素入队了，然后调用notEmpty.signal()唤醒其他等待这个条件的线程，同时队列也不空了） */ notEmpty.await(); } catch (InterruptedException ie) { notEmpty.signal(); // propagate to non-interrupted thread throw ie; } E x = extract(); return x; } finally { lock.unlock(); } }
总结：
1、具体入队与出队的原理图：这里只说一种情况，见下图，途中深色部分表示已有元素，浅色部分没有元素。
上面这种情况是怎么形成的呢？当队列满了，这时候，队头元素为items[0]出队了，就形成上边的这种情况。
假设现在又要出队了，则现在的队头元素是items[1]，出队后就形成下面的情形。
出队后，对头元素就是items[2]了，假设现在有一个元素将要入队，根据inc方法，我们可以得知，他要插入到items[0]去，入队了形成下图：
以上就是整个入队出队的流程，inc方法上边已经给出，这里再贴一遍：
/** * i+1,数组下标+1 * 注意：这里这样写的原因。 */ final int inc(int i) { return (++i == items.length) ? 0 : i; }
2、三种入队对比：
- offer(E e)：如果队列没满，立即返回true； 如果队列满了，立即返回false-->不阻塞
- put(E e)：如果队列满了，一直阻塞，直到数组不满了或者线程被中断-->阻塞
- offer(E e, long timeout, TimeUnit unit)：在队尾插入一个元素,，如果数组已满，则进入等待，直到出现以下三种情况：-->阻塞
- 被唤醒
- 等待时间超时
- 当前线程被中断
3、三种出对对比：
- poll()：如果没有元素，直接返回null；如果有元素，出队
- take()：如果队列空了，一直阻塞，直到数组不为空或者线程被中断-->阻塞
- poll(long timeout, TimeUnit unit)：如果数组不空，出队；如果数组已空且已经超时，返回null；如果数组已空且时间未超时，则进入等待，直到出现以下三种情况：
- 被唤醒
- 等待时间超时
- 当前线程被中断