并发编程从入门到放弃系列开始和结束（九）

wg204wg

发布于 2022-6-13 17:40

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public void put(E e) {
  offer(e); // never need to block
}

public boolean offer(E e) {
    if (e == null)
        throw new NullPointerException();
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lock();
    int n, cap;
    Object[] array;
    while ((n = size) >= (cap = (array = queue).length))
        tryGrow(array, cap);
    try {
        Comparator<? super E> cmp = comparator;
        if (cmp == null)
            siftUpComparable(n, e, array);
        else
            siftUpUsingComparator(n, e, array, cmp);
        size = n + 1;
        notEmpty.signal();
    } finally {
        lock.unlock();
    }
    return true;
}

这里，我们要继续关注一下这个扩容的逻辑，到底是怎么处理的？代码不长，但是看着很方的样子。

首先，先释放锁，因为下面用 CAS 处理，估计怕扩容时间太长阻塞的线程太多
然后 CAS 修改 allocationSpinLock 为1
CAS 成功的话，进行扩容的逻辑，如果长度小于64就扩容一倍，否则扩容一半
之前我们说他无界，其实不太对，这里就判断是否超过了最大长度，MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8，判断一下有可能会抛出内存溢出异常
然后创建一个新的对象数组，并且 allocationSpinLock 重新恢复为0
执行了一次 Thread.yield()，让出 CPU，因为有可能其他线程正在扩容，让大家争抢一下

最后确保新的对象数组创建成功了，也就是扩容是没有问题的，再次加锁，数组拷贝，结束

private void tryGrow(Object[] array, int oldCap) {
        lock.unlock(); // must release and then re-acquire main lock
        Object[] newArray = null;
        if (allocationSpinLock == 0 &&
            UNSAFE.compareAndSwapInt(this, allocationSpinLockOffset,
                                     0, 1)) {
            try {
                int newCap = oldCap + ((oldCap < 64) ?
                                       (oldCap + 2) : // grow faster if small
                                       (oldCap >> 1));
                if (newCap - MAX_ARRAY_SIZE > 0) {    // possible overflow
                    int minCap = oldCap + 1;
                    if (minCap < 0 || minCap > MAX_ARRAY_SIZE)
                        throw new OutOfMemoryError();
                    newCap = MAX_ARRAY_SIZE;
                }
                if (newCap > oldCap && queue == array)
                    newArray = new Object[newCap];
            } finally {
                allocationSpinLock = 0;
            }
        }
        if (newArray == null) // back off if another thread is allocating
            Thread.yield();
        lock.lock();
        if (newArray != null && queue == array) {
            queue = newArray;
            System.arraycopy(array, 0, newArray, 0, oldCap);
        }
}

take 的逻辑基本一样，最多有个排序的逻辑在里面，就不再多说了。

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

DelayQueue
DelayQueue 是支持延时的无界阻塞队列，这个在我们聊 ScheduledThreadPoolExecutor 也谈到过，里面也使用了延迟队列，只不过是它自己的一个内部类，DelayQueue 内部其实使用 PriorityQueue 来实现。

DelayQueue 的用法是添加元素的时候可以设置一个延迟时间，当时间到了之后才能从队列中取出来，使用 DelayQueue 中的对象必须实现 Delayed 接口，重写 getDelay 和 compareTo 方法，就像这样，那实现其实可以看 ScheduledThreadPoolExecutor 里面是怎么做的，这里我就不管那么多，示意一下就好了。

public class Test {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        DelayQueue<User> delayQueue = new DelayQueue<>();
        delayQueue.put(new User(1, "a"));
    }

    @Data
    @NoArgsConstructor
    @AllArgsConstructor
    static class User implements Delayed {
        private Integer id;

        private String username;

        @Override
        public long getDelay(TimeUnit unit) {
            return 0;
        }

        @Override
        public int compareTo(Delayed o) {
            return 0;
        }
    }
}

我们可以看看他的属性和构造函数，呐看到了吧，使用的 PriorityQueue，另外构造函数比较简单了，不说了。

private final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
private final PriorityQueue<E> q = new PriorityQueue<E>();
private Thread leader = null;
private final Condition available = lock.newCondition();

public DelayQueue();
public DelayQueue(Collection<? extends E> c);

OK，没啥毛病，这里我们要先看 take 方法，不能先看 put，否则我觉得闹不明白。

来第一步加锁，如果头结点是空的，也就是队列是空的话，阻塞，没啥好说的
反之队列有东西，我们就要去取了嘛，但是这里要看对象自己实现的 getDelay 方法获得延迟的时间，如果延迟的时间小于0，那说明到时间了，可以执行了，poll 返回
第一次，leader 线程肯定是空的，线程阻塞 delay 的时间之后才开始执行，完全没毛病，然后 leader 重新置为 null
当 leader 不是 null 的时候，说明其他线程在操作了，所以阻塞等待唤醒

最后，leader 为 null，唤醒阻塞中的线程，解锁

public E take() throws InterruptedException {
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lockInterruptibly();
    try {
        for (;;) {
            E first = q.peek();
            if (first == null)
                available.await();
            else {
                long delay = first.getDelay(NANOSECONDS);
                if (delay <= 0)
                    return q.poll();
                first = null; // don't retain ref while waiting
                if (leader != null)
                    available.await();
                else {
                    Thread thisThread = Thread.currentThread();
                    leader = thisThread;
                    try {
                        available.awaitNanos(delay);
                    } finally {
                        if (leader == thisThread)
                            leader = null;
                    }
                }
            }
        }
    } finally {
        if (leader == null && q.peek() != null)
            available.signal();
        lock.unlock();
    }
}

然后再来看 put 就会简单多了，put 还是直接调用的 offer，看 offer 方法。

这里使用的是 PriorityQueue 的 offer 方法，其实和我们上面说到的 PriorityBlockingQueue 差不多，不再多说了，添加到队列头部之后，leader 置为 null，唤醒，结束了。

public boolean offer(E e) {
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lock();
    try {
        q.offer(e);
        if (q.peek() == e) {
            leader = null;
            available.signal();
        }
        return true;
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

SynchronousQueue&LinkedTransferQueue
为什么这两个放一起说呢。。。因为这源码真的不想在这里说一遍，这俩源码可以单独出一个专题来写，长篇精悍文章不适合他他们，就简单先了解下。

SynchronousQueue 是一个不存储元素的阻塞队列，每个 put 必须等待 take，否则不能继续添加元素。

如果你还记得我们上面说到线程池的地方，newCachedThreadPool 默认就是使用的 SynchronousQueue。

他就两个构造方法，你一看就知道，对吧，支持公平和非公平，当然你也别问默认是啥，问就是非公平。

public SynchronousQueue();
public SynchronousQueue(boolean fair);

主要靠内部抽象类 Transferer，他的实现主要有两个，TransferQueue 和 TransferStack。

注意：如果是公平模式，使用的是 TransferQueue 队列，非公平则使用 TransferStack 栈。

abstract static class Transferer<E> {
 abstract E transfer(E e, boolean timed, long nanos);
}

LinkedTransferQueue 是链表组成的无界阻塞队列，看他内部类就知道了，这是个链表实现。

static final class Node {
    final boolean isData;   // 标记生产者或者消费者
    volatile Object item;   // 值
    volatile Node next;   // 下一个节点
    volatile Thread waiter;
}

LinkedBlockingDeque
LinkedBlockingDeque 是链表组成的双向阻塞队列，它支持从队列的头尾进行进行插入和删除元素。

构造函数有3个，不传初始容量就是 Integer 最大值。

public LinkedBlockingDeque() {
 this(Integer.MAX_VALUE);
}
public LinkedBlockingDeque(int capacity);
public LinkedBlockingDeque(Collection<? extends E> c);

看下双向链表的结构：

static final class Node<E> {
    E item;
    Node<E> prev;
    Node<E> next;
    Node(E x) {
        item = x;
    }
}

因为是双向链表，所以比其他的队列多了一些方法，比如 add、addFirst、addLast，add 其实就是 addLast，offer、put 也是类似。

我们可以区分看一下 putFirst 和 putLast ，主要区别就是 linkFirst 和 linkLast，分别去队列头部和尾部添加新节点，其他基本一致。

public void putFirst(E e) throws InterruptedException {
        if (e == null) throw new NullPointerException();
        Node<E> node = new Node<E>(e);
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        try {
            while (!linkFirst(node))
                notFull.await();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
}

public void putLast(E e) throws InterruptedException {
  if (e == null) throw new NullPointerException();
   Node<E> node = new Node<E>(e);
   final ReentrantLock lock = this.lock;
   lock.lock();
   try {
    while (!linkLast(node))
     notFull.await();
   } finally {
    lock.unlock();
   }
}

结尾

本次长篇内容参考书籍和文档

Java 并发编程的艺术
Java 并发编程之美
Java 并发编程实战
Java 8实战
极客时间：Java 并发编程实战
OK，本期内容到此结束，我是艾小仙，我们过两个月再见。

文章转自公众号：艾小仙

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