清明節(jié)和朋友去被抖音帶火的一個餐廳敞恋，下午兩點(diǎn)鐘取晚上的號丽啡，前面已經(jīng)有十幾桌了，四點(diǎn)半餐廳開始正式營業(yè)硬猫，等輪到我們已經(jīng)近八點(diǎn)了补箍。餐廳分為幾個區(qū)域，只有最火的區(qū)域（在小船上）需要排號浦徊，其他區(qū)域基本上是隨到隨吃的馏予，最冷清的區(qū)域幾乎都沒什么人。菜的價格異常的貴盔性，味道也并不好霞丧。最后送出兩張圖：
好了，進(jìn)入今天的正題冕香，今天要講的是ArrayBlockQueue蛹尝，ArrayBlockQueue是JUC提供的線程安全的有界的阻塞隊(duì)列，一看到Array悉尾，第一反應(yīng)：這貨肯定和數(shù)組有關(guān)突那，既然是數(shù)組，那自然是有界的了构眯，我們先來看看ArrayBlockQueue的基本使用方法愕难，然后再看看ArrayBlockQueue的源碼。
ArrayBlockQueue基本使用
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
ArrayBlockingQueue<Integer> arrayBlockingQueue=new ArrayBlockingQueue(5);
arrayBlockingQueue.offer(10);
arrayBlockingQueue.offer(50);
arrayBlockingQueue.add(20);
arrayBlockingQueue.add(60);
System.out.println(arrayBlockingQueue);
System.out.println(arrayBlockingQueue.poll());
System.out.println(arrayBlockingQueue);
System.out.println(arrayBlockingQueue.take());
System.out.println(arrayBlockingQueue);
System.out.println(arrayBlockingQueue.peek());
System.out.println(arrayBlockingQueue);
}
運(yùn)行結(jié)果：
- 創(chuàng)建了一個長度為5的ArrayBlockQueue惫霸。
- 用offer方法猫缭，向ArrayBlockQueue添加了兩個元素，分別是10壹店，50猜丹。
- 用put方法，向ArrayBlockQueue添加了兩個元素硅卢，分別是20射窒，60藏杖。
- 打印出ArrayBlockQueue，結(jié)果是10脉顿，50蝌麸，20，60弊予。
- 用poll方法祥楣，彈出ArrayBlockQueue第一個元素，并且打印出來：10汉柒。
- 打印出ArrayBlockQueue误褪，結(jié)果是50，20碾褂，60兽间。
- 用take方法，彈出ArrayBlockQueue第一個元素正塌，并且打印出來：50嘀略。
- 打印出ArrayBlockQueue，結(jié)果是20乓诽，60帜羊。
- 用peek方法，彈出ArrayBlockQueue第一個元素鸠天，并且打印出來：20讼育。
- 打印出ArrayBlockQueue，結(jié)果是20稠集，60奶段。
代碼比較簡單，但是你肯定會有疑問
- offer/add（在上面的代碼中沒有演示）/put都是往隊(duì)列里面添加元素剥纷，區(qū)別是什么痹籍？
- poll/take/peek都是彈出隊(duì)列的元素，區(qū)別是什么晦鞋？
- 底層代碼是如何保證線程安全的蹲缠？
- 數(shù)據(jù)保存在哪里？
要解決上面幾個疑問悠垛，最好的辦法當(dāng)然是看下源碼线定，通過親自閱讀源碼所產(chǎn)生的印象遠(yuǎn)遠(yuǎn)要比看視頻，看博客鼎文，死記硬背最后的結(jié)論要深刻的多。就算真的忘記了因俐，只要再看看源碼拇惋，瞬間可以回憶起來周偎。
ArrayBlockQueue源碼解析
構(gòu)造方法
ArrayBlockQueue提供了三個構(gòu)造方法，如下圖所示：
ArrayBlockingQueue(int capacity)
public ArrayBlockingQueue(int capacity) {
this(capacity, false);
}
這是最常用的構(gòu)造方法撑帖，傳入capacity蓉坎，capacity是容量的意思，也就是ArrayBlockingQueue的最大長度胡嘿，方法內(nèi)部直接調(diào)用了第二個構(gòu)造方法蛉艾，傳入的第二個參數(shù)為false。
ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair)
public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair) {
if (capacity <= 0)
throw new IllegalArgumentException();
this.items = new Object[capacity];
lock = new ReentrantLock(fair);
notEmpty = lock.newCondition();
notFull = lock.newCondition();
}
這個構(gòu)造方法接受兩個參數(shù)衷敌，分別是capacity和fair勿侯，fair是boolean類型的，代表是公平鎖缴罗，還是非公平鎖助琐，可以看出如果我們用第一個構(gòu)造方法來創(chuàng)建ArrayBlockingQueue的話，采用的是非公平鎖面氓，因?yàn)楣芥i會損失一定的性能兵钮，在沒有充足的理由的情況下，是沒有必要采用公平鎖的舌界。
方法內(nèi)部做了幾件事情：
- 創(chuàng)建Object類型的數(shù)組掘譬，容量為capacity，并且賦值給當(dāng)前類對象的items呻拌。
- 創(chuàng)建排他鎖葱轩。
- 創(chuàng)建條件變量notEmpty 。
- 創(chuàng)建條件變量notFull柏锄。
至于排他鎖和兩個條件變量是做什么用的酿箭，看到后面就明白了。
ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair,Collection<? extends E> c)
public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair,
Collection<? extends E> c) {
//調(diào)用第二個構(gòu)造方法趾娃，方法內(nèi)部就是初始化數(shù)組缭嫡，排他鎖，兩個條件變量
this(capacity, fair);
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock(); // 開啟排他鎖
try {
int i = 0;
try {
// 循環(huán)傳入的集合抬闷，把集合中的元素賦值給items數(shù)組妇蛀，其中i會自增
for (E e : c) {
checkNotNull(e);
items[i++] = e;
}
} catch (ArrayIndexOutOfBoundsException ex) {
throw new IllegalArgumentException();
}
count = i;//把i賦值給count
//如果i==capacity，也就是到了最大容量笤成，把0賦值給putIndex评架，否則把i賦值給putIndex
putIndex = (i == capacity) ? 0 : i;
} finally {
lock.unlock();//釋放排他鎖
}
}
- 調(diào)用第二個構(gòu)造方法，方法內(nèi)部就是初始化數(shù)組items炕泳，排他鎖lock纵诞，以及兩個條件變量。
- 開啟排他鎖培遵。
- 循環(huán)傳入的集合浙芙，將集合中的元素賦值給items數(shù)組登刺，其中i會自增。
- 把i賦值給count嗡呼。
- 如果i==capacity纸俭，說明到了最大的容量，就把0賦值給putIndex南窗，否則把i賦值給putIndex揍很。
- 在finally中釋放排他鎖。
看到這里万伤，我們應(yīng)該明白這個構(gòu)造方法的作用是什么了窒悔，就是把傳入的集合作為ArrayBlockingQueuede初始化數(shù)據(jù)，但是我們又會有一個新的疑問：count壕翩，putIndex 是做什么用的。
offer(E e)
public boolean offer(E e) {
checkNotNull(e);
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();//開啟排他鎖
try {
if (count == items.length)//如果count==items.length放妈，返回false
return false;
else {
enqueue(e);//入隊(duì)
return true;//返回true
}
} finally {
lock.unlock();//釋放鎖
}
}
- 開啟排他鎖北救。
- 如果count==items.length，也就是到了最大的容量芜抒，返回false珍策。
- 如果count<items.length，執(zhí)行入隊(duì)方法宅倒，并且返回true攘宙。
- 釋放排他鎖。
看到這里拐迁，我們應(yīng)該可以明白了蹭劈，ArrayBlockQueue是如何保證線程安全的，還是利用了ReentrantLock排他鎖线召，count就是用來保存數(shù)組的當(dāng)前大小的铺韧。我們再來看看enqueue方法。
private void enqueue(E x) {
final Object[] items = this.items;
items[putIndex] = x;
if (++putIndex == items.length)
putIndex = 0;
count++;
notEmpty.signal();
}
這方法比較簡單缓淹，在代碼里面就不寫注釋了哈打，做了如下的操作：
- 把x賦值給items[putIndex] 。
- 將putIndex進(jìn)行自增讯壶，如果自增后的值 == items.length料仗，把0賦值給putIndex 。
- 執(zhí)行count++操作伏蚊。
- 調(diào)用條件變量notEmpty的signal方法立轧，說明在某個地方，必定調(diào)用了notEmpty的await方法，這里就是喚醒因?yàn)檎{(diào)用notEmpty的await方法而被阻塞的線程氛改。
這里就解答了一個疑問：putIndex是做什么的匀借，就是入隊(duì)元素的下標(biāo)。
add(E e)
public boolean add(E e) {
return super.add(e);
}
public boolean add(E e) {
if (offer(e))
return true;
else
throw new IllegalStateException("Queue full");
}
這個方法內(nèi)部最終還是調(diào)用的offer方法平窘。
put(E e)
public void put(E e) throws InterruptedException {
checkNotNull(e);
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lockInterruptibly();//開啟響應(yīng)中斷的排他鎖
try {
while (count == items.length)//如果隊(duì)列滿了，調(diào)用notFull的await
notFull.await();
enqueue(e);//入隊(duì)
} finally {
lock.unlock();//釋放排他鎖
}
}
- 開啟響應(yīng)中斷的排他鎖凳怨，如果在獲取鎖的過程中瑰艘，當(dāng)前的線程被中斷，會拋出異常肤舞。
- 如果隊(duì)列滿了紫新，調(diào)用notFull的await方法，說明在某個地方李剖，必定調(diào)用了notFull的signal方法來喚醒當(dāng)前線程芒率。
- 執(zhí)行入隊(duì)操作。
- 釋放排他鎖篙顺。
可以看到put方法和 offer/add方法的區(qū)別了：
- offer/add：如果隊(duì)列滿了偶芍，直接返回false。
- put：如果隊(duì)列滿了德玫，當(dāng)前線程被阻塞，等待喚醒材彪。
poll()
public E poll() {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
return (count == 0) ? null : dequeue();
} finally {
lock.unlock();
}
}
- 開啟排他鎖琴儿。
- 如果count==0，直接返回null造成，否則執(zhí)行dequeue出隊(duì)操作。
- 釋放排他鎖佃延。
我們來看dequeue方法：
private E dequeue() {
final Object[] items = this.items;
@SuppressWarnings("unchecked")
E x = (E) items[takeIndex];//獲得元素的值
items[takeIndex] = null;//把null賦值給items[takeIndex]
if (++takeIndex == items.length)//如果takeIndex自增后的值== items.length履肃，就把0賦值給takeIndex
takeIndex = 0;
count--;
if (itrs != null)
itrs.elementDequeued();
notFull.signal();//喚醒因?yàn)檎{(diào)用notFull的await方法而被阻塞的線程
return x;
}
- 獲取元素的值坐桩，takeIndex保存的是出隊(duì)的下標(biāo)。
- 把null賦值給items[takeIndex]成福，也就是清空被彈出的元素。
- 如果takeIndex自增后的值== items.length奴艾，就把0賦值給takeIndex蕴潦。
- count--潭苞。
- 喚醒因?yàn)檎{(diào)用notFull的await方法而被阻塞的線程真朗。
這里調(diào)用了notFull的signal方法來喚醒因?yàn)檎{(diào)用notFull的await方法而被阻塞的線程，那到底在哪里調(diào)用了notFull的await方法呢蝗碎，還記不記得在put方法中調(diào)用了notFull的await方法衍菱，我們再看看：
while (count == items.length)
notFull.await();
當(dāng)隊(duì)列滿了肩豁，就調(diào)用 notFull.await()來等待，在出隊(duì)操作中琼锋，又調(diào)用了notFull.signal()來喚醒缕坎。
take()
public E take() throws InterruptedException {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lockInterruptibly();
try {
while (count == 0)
notEmpty.await();
return dequeue();
} finally {
lock.unlock();
}
}
- 開啟排他鎖谜叹。
- 如果count==0，代表隊(duì)列是空的荷腊，則調(diào)用notEmpty的await方法女仰。
- 執(zhí)行出隊(duì)操作疾忍。
- 釋放排他鎖。
這里調(diào)用了notEmpty的await方法一罩，那么哪里調(diào)用了notEmpty的signal方法呢聂渊？在enqueue入隊(duì)方法里歧沪。
我們可以看到take和poll的區(qū)別：
- take：如果隊(duì)列為空诊胞，會阻塞锹杈，直到被喚醒了。
- poll： 如果隊(duì)列為空邪码，直接返回null咬清。
peek()
public E peek() {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
return itemAt(takeIndex);
} finally {
lock.unlock();
}
}
final E itemAt(int i) {
return (E) items[i];
}
- 開啟排他鎖影钉。
- 獲得元素掘剪。
- 釋放排他鎖。
我們可以看到peek和poll/take的區(qū)別：
- peek夺谁，只是獲取元素匾鸥，不會清空元素。
- poll/take岗照，獲取并清空元素。
size()
public int size() {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
return count;
} finally {
lock.unlock();
}
}
- 開啟排他鎖厚者。
- 返回count库菲。
- 釋放排他鎖熙宇。
總結(jié)
至此溉浙，ArrayBlockQueue的核心源碼就分析完畢了戳稽，我們來做一個總結(jié)：
- ArrayBlockQueue有幾個比較重要的字段，分別是items互躬，保存的是隊(duì)列的數(shù)據(jù)吼渡，putIndex保存的是入隊(duì)的下標(biāo)乓序，takeIndex保存的是出隊(duì)的下標(biāo)替劈，count用來統(tǒng)計隊(duì)列元素的個數(shù)抬纸，lock用來保證線程的安全性湿故，notEmpty和notFull兩個條件變量實(shí)現(xiàn)喚醒和阻塞。
- offer和add是一樣的脖阵，其中add方法內(nèi)部調(diào)用的就是offer方法命黔，如果隊(duì)列滿了，直接返回false悍募。
- put坠宴，如果隊(duì)列滿了，會被阻塞副砍。
- peek豁翎，只是彈出元素，不會清空元素心剥。
- poll，彈出并清空元素胳赌，如果隊(duì)列為空疑苫，直接返回null。
- take撼短，彈出并清空元素曲横，如果隊(duì)列為空禾嫉，會被阻塞蚊丐。
