ArrayBlockingQueue与LinkedBlockingQueue对比

ps：在下文中分别以Array代表ArrayBlockingQueue，Link代表LinkedBlockingQueue，下文中不再说明。

Array和Link在并发场景中经常使用，他们的共同作用就是实现线程安全队列。下面对这两种队列的实现进行对比分析。

底层实现

ArrayBlockingQueue

• 底层基于数组实现，在对象创建时需要指定数组大小。在构建对象时，已经创建了数组。所以使用Array需要特别注意设定合适的队列大小，如果设置过大会造成内存浪费。如果设置内存太小，就会影响并发的性能。
• 功能上，其内部维护了两个索引指针putIndex和takeIndex。putIndex表示下次调用offer时存放元素的位置，takeIndex表示的时下次调用take时获取的元素。有了这两个索引的支持后，还是无法说明白其底层的实现原理。那么我们来看一段其内部出现最多的代码：

    int i = takeIndex;
    ...
    if (++i == items.length)
        i = 0;
    ...

这几行在代码在Array中几乎每个函数都会用到。意思不管是在读取元素，或者存放元素，如果到达数组的最后一个元素，直接将索引移动到第一个位置。你可能会想，如果我一直往队列中添加元素而不取，添加的元素个数超过了数组长度，会不会覆盖之前添加的元素。在实际使用过程中是不会出现这种情况的，其内部使用了ReentrantLock的Condition，这部分在并发支持中介绍。

LinkedBlockingQueue

• 底层基于单向链表实现。实现了队列的功能，元素到来放到链表头，从链表尾部取取数据。这种数据结构没有必要使用双向链表。链表的好处（数组的没有的）是不用提前分配内存。Link也支持在创建对象时指定队列长度，如果没有指定，默认为Integer.MAX_VALUE。

并发支持

最大的区别就是Array内部只有一把锁，offer和take使用同一把锁，而Link的offer和take使用不同的锁。

ReentrantLock和其Condition的关系

在做具体分析之前，先介绍一下ReentrantLock 和其Condition之间的关系。ReentrantLock内部维护了一个双向链表，链表上的每个节点都会保存一个线程，锁在双向链表的头部自选，取出线程执行。而Condition内部同样维持着一个双向链表，但是其向链表中添加元素（await）和从链表中移除（signal）元素没有像ReentrantLock那样，保证线程安全，所以在调用Condition的await()和signal()方法时，需要在lock.lock()和lock.unlock()之间以保证线程的安全。在调用Condition的signal时，它从自己的双向链表中取出一个节点放到了ReentrantLock的双向链表中，所以在具体的运行过程中不管ReentrantLock new 了几个Condition其实内部公用的一把锁。介绍完这个之后，我么来分析ArrayBlockingQueue和LinkedBlockingQueue的内部实现不同。

ArrayBlockingQueue

先看其内部锁的定义：

    int count;
    lock = new ReentrantLock(fair);
    notEmpty = lock.newCondition();
    notFull =  lock.newCondition();

• lock 其内部的锁
• notEmpty 当调用offer时，会调用notEmpty.signal() 通知之前因为队列空而被阻塞的线程。同时在take后，如果内部计数器count=0时，会调用notEmpty.await() 阻塞调用take的线程。
• notFull 当调用offer时，如果现在count=内部数组的长度时，会调用notFull.await()阻塞现在添加元素的所有线程；当调用take时，总会调用notFull.signal()唤醒之前因为队列满而阻塞的线程。

根据上面分析ReentrantLock和其Condition的关系，可以看到放元素和取元素用的同一把锁，无法使放元素和取元素同时进行，只能先后相继执行。

LinkedBlockingQueue

内部锁定义：

    /** Current number of elements */
    private final AtomicInteger count = new AtomicInteger();

    /** Lock held by take, poll, etc */
    private final ReentrantLock takeLock = new ReentrantLock();

    /** Wait queue for waiting takes */
    private final Condition notEmpty = takeLock.newCondition();

    /** Lock held by put, offer, etc */
    private final ReentrantLock putLock = new ReentrantLock();

    /** Wait queue for waiting puts */
    private final Condition notFull = putLock.newCondition();

• count 内部元素计数器使用的原子类型的计数器，使的元素个数的更新支持并发，为下面取和放元素并发提供了支持。
• takeLock 取元素单独的锁，和放元素分开，这样即使有Condition也可以使的取和放元素在不同的节点上自选
• notEmpty 取元素的Condition锁，和放元素锁分开。
• putLock notFull 和上面介绍的takeLock notEmpty一直。

通过这种设置，可以将在链表头上放元素和在链表尾部取元素不再竞争锁，在一定程度上可以加快数据处理。