并发编程从入门到放弃系列开始和结束（八）

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发布于 2022-6-13 17:40

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阻塞队列

并发编程中，队列是其中不可缺少的一环，其实前面在说到线程池的时候，就已经提及到了阻塞队列了，这里我们要一起看看 JUC 包下提供的这些队列。

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阻塞队列

阻塞队列中的阻塞包含两层意思：

插入的时候，如果阻塞队列满，插入元素阻塞
删除/查询的时候，如果阻塞队列空，删除/查询元素阻塞
下面列出队列的一些插入和删除元素的方法，一个个来说：

add：向队列尾部插入元素，插入成功返回 true，队列满则抛出IllegalStateException("Queue full")异常

offer：向队列尾部插入元素，队列满返回 false，否则返回 true，带超时的则是会阻塞，达到超时时间后返回

put：向队列尾部插入元素，队列满会一直阻塞

remove：删除队列头部元素，删除成功返回 true，队列空则抛出NoSuchElementException异常

poll：删除队列头部元素，删除成功返回队列头部元素，队列空返回null，带超时的则是会阻塞，达到超时时间后返回

take：删除队列头部元素，队列空会一直阻塞

element：查询队列头部元素，并且返回，队列空则抛出NoSuchElementException异常

peek：查询队列头部元素，并且返回

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ArrayBlockingQueue
ArrayBlockingQueue 从名字就知道，基于数组实现的有界阻塞队列，基于AQS支持公平和非公平策略。

还是看构造函数吧，可以传入初始数组大小，一旦设置之后大小就不能改变了，传参可以支持公平和非公平，最后一个构造函数可以支持传入集合进行初始化，但是长度不能超过 capacity，否则抛出ArrayIndexOutOfBoundsException异常。

public ArrayBlockingQueue(int capacity);
public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair);
public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair, Collection<? extends E> c);

这个其实在上面介绍 Condition 的时候我们就已经实现过他了，这里就不再说了，可以参考上面 Condition 的部分。

LinkedBlockingQueue
LinkedBlockingQueue 基于链表实现的有界阻塞队列。

使用无参构造函数则链表长度为 Integer.MAX_VALUE，另外两个构造函数和 ArrayBlockingQueue 差不多。

public LinkedBlockingQueue();
public LinkedBlockingQueue(int capacity);
public LinkedBlockingQueue(Collection<? extends E> c);

我们可以看看 put 和 take 的源码。

首先加锁中断
然后判断如果达到了队列的最大长度，那么就阻塞等待，否则就把元素插入到队列的尾部
注意这里和 ArrayBlockingQueue 有个区别，这里再次做了一次判断，如果队列没满，唤醒因为 put 阻塞的线程，为什么要做判断，因为他们不是一把锁

最后的逻辑是一样的，notEmpty 唤醒

public void put(E e) throws InterruptedException {
    if (e == null) throw new NullPointerException();
    int c = -1;
    Node<E> node = new Node<E>(e);
    final ReentrantLock putLock = this.putLock;
    final AtomicInteger count = this.count;
    putLock.lockInterruptibly();
    try {
        while (count.get() == capacity) {
            notFull.await();
        }
        enqueue(node);
        c = count.getAndIncrement();
        if (c + 1 < capacity)
            notFull.signal();
    } finally {
        putLock.unlock();
    }
    if (c == 0)
        signalNotEmpty();
}

private void enqueue(Node<E> node) {
   // assert putLock.isHeldByCurrentThread();
   // assert last.next == null;
   last = last.next = node;
}

private void signalNotEmpty() {
   final ReentrantLock takeLock = this.takeLock;
   takeLock.lock();
   try {
     notEmpty.signal();
   } finally {
     takeLock.unlock();
   }
}

take的逻辑也是非常类似啊。

加锁中断
判断队列是不是空了，空了的话就阻塞等待，否则就从队列移除一个元素
然后再次做一次判断，队列要是不空，就唤醒阻塞的线程

最后唤醒 notFull 的线程

public E take() throws InterruptedException {
    E x;
    int c = -1;
    final AtomicInteger count = this.count;
    final ReentrantLock takeLock = this.takeLock;
    takeLock.lockInterruptibly();
    try {
        while (count.get() == 0) {
            notEmpty.await();
        }
        x = dequeue();
        c = count.getAndDecrement();
        if (c > 1)
            notEmpty.signal();
    } finally {
        takeLock.unlock();
    }
    if (c == capacity)
        signalNotFull();
    return x;
}

private E dequeue() {
   // assert takeLock.isHeldByCurrentThread();
   // assert head.item == null;
   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 {
     notFull.signal();
   } finally {
     putLock.unlock();
   }
}

PriorityBlockingQueue

PriorityBlockingQueue 是支持优先级的无界阻塞队列，默认排序按照自然排序升序排列。

几个构造函数，无参构造函数初始容量为11，可以自定义，也可以在创建的时候传入 comparator 自定义排序规则。

public PriorityBlockingQueue();
public PriorityBlockingQueue(int initialCapacity);
public PriorityBlockingQueue(int initialCapacity, Comparator<? super E> comparator);
public PriorityBlockingQueue(Collection<? extends E> c);

直接看 put 和 take 方法吧，后面都这样，其他的就忽略好了，找到 put 之后，发现直接就是调用的 offer，那我们就直接看 offer 的实现。