Jdk1.6 JUC源码解析(12)-ArrayBlockingQueue

功能简介：

• ArrayBlockingQueue是一种基于数组实现的有界的阻塞队列。队列中的元素遵循先入先出(FIFO)的规则。新元素插入到队列的尾部，从队列头部取出元素。
• 和普通队列有所不同，该队列支持阻塞操作。比如从空队列中取元素，会导致当前线程阻塞，直到其他线程将元素放入队列；将元素插入已经满的队列，同样会导致当前线程阻塞，直到其他线程从队列中取出元素。
• ArrayBlockingQueue也支持公平和非公平策略(针对队列中元素的存取线程，也可认为是元素的生产者和消费者)。

源码分析：

• ArrayBlockingQueue继承了AbstractQueue并实现了BlockingQueue，AbstractQueue是Queue的公共骨架实现，这个不看了，简单看下BlockingQueue接口：

public interface BlockingQueue<E> extends Queue<E> {
    /**
     * 将一个元素放入队列。
     * 成功返回true；失败抛IllegalStateException异常。
     */
    boolean add(E e);
    /**
     * 将一个元素放入队列。
     * 成功返回true；失败返回false。
     */
    boolean offer(E e);
    /**
     * 将一个元素放入队列。
     * 如果元素无法放入队列，当前操作线程会等待，直到元素可以放入队列。
     */
    void put(E e) throws InterruptedException;
    /**
     * 将一个元素放入队列。
     * 如果元素无法放入队列，当前操作线程会等待，直到元素可以放入队列或者
     * 给定的时间超时。
     * 成功返回true；超时返回false；
     */
    boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException;
    /**
     * 从队列头部获取并删除一个元素。
     * 如果无法获取元素，当前操作线程等待，直到有元素可以被获取。
     */
    E take() throws InterruptedException;
    /**
     * 从队列头部获取并删除一个元素。
     * 如果无法获取元素，当前操作线程等待，直到有元素可以被获取或者给定时间超时。
     * 如果超时，返回null。
     */
    E poll(long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException;
    /**
     * 获取队列剩余容量。
     */
    int remainingCapacity();
    /**
     * 移除队列中和给定元素相同的元素。
     */
    boolean remove(Object o);
    /**
     * 判断队列中是否包含给定元素。
     */
    public boolean contains(Object o);
    /**
     * 移除队列中所有的可用元素，并把它们添加到给定集合。
     */
    int drainTo(Collection<? super E> c);
    /**
     * 移除队列中不超过给定数量的可用元素，并把它们添加到给定集合。
     */
    int drainTo(Collection<? super E> c, int maxElements);
}

       可以重点关注下put和take方法的行为。

• 接下来看下ArrayBlockingQueue内部的数据结构：

public class ArrayBlockingQueue<E> extends AbstractQueue<E>
        implements BlockingQueue<E>, java.io.Serializable {

    private static final long serialVersionUID = -817911632652898426L;
    /** 保存内部元素的数组  */
    private final E[] items;
    /** 取元素使用的下标 */
    private int takeIndex;
    /** 存元素使用的下标 */
    private int putIndex;
    /** 队列中元素数量 */
    private int count;
    /*
     * Concurrency control uses the classic two-condition algorithm
     * found in any textbook.
     */
    /** 保护存取的锁 */
    private final ReentrantLock lock;
    /** 取的等待条件 */
    private final Condition notEmpty;
    /** 存的等待条件 */
    private final Condition notFull;

    public ArrayBlockingQueue(int capacity) {
        this(capacity, false);
    }

    public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair) {
        if (capacity <= 0)
            throw new IllegalArgumentException();
        this.items = (E[]) new Object[capacity];
        lock = new ReentrantLock(fair);
        notEmpty = lock.newCondition();
        notFull =  lock.newCondition();
    }

    public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair,
                              Collection<? extends E> c) {
        this(capacity, fair);
        if (capacity < c.size())
            throw new IllegalArgumentException();
        for (Iterator<? extends E> it = c.iterator(); it.hasNext();)
            add(it.next());
    }

       ArrayBlockingQueue内部结构非常简单，就是一个数组，一把锁，两个条件；也可以看到，上面提到的公平和非公平策略是由内部的重入锁来支持的。

• 继续看下ArrayBlockingQueue的重要方法，重点看下put和take，先看下put方法：

    public void put(E e) throws InterruptedException {
        if (e == null) throw new NullPointerException();
        final E[] items = this.items;
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        //由于需要支持方法可中断行为，这里使用可中断的锁操作。
        lock.lockInterruptibly();
        try {
            try {
                while (count == items.length)
                    notFull.await();//队列满时，在notFull条件上等待。
            } catch (InterruptedException ie) {
                notFull.signal(); // 被中断后，唤醒其他等待notFull条件的线程。
                throw ie;
            }
            insert(e);
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    /**
     * Circularly increment i.
     */
    final int inc(int i) {
        return (++i == items.length)? 0 : i;
    }
    /**
     * 在内部数组的putIndex位置插入元素，调整putIndex和count，然后唤醒notEmpty条件上等待的线程。
     * 本方法只有在持有锁的情况下才会被调用。
     */
    private void insert(E x) {
        items[putIndex] = x;
        putIndex = inc(putIndex);
        ++count;
        notEmpty.signal();
    }

       再看下take方法： 

    public E take() throws InterruptedException {
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lockInterruptibly();
        try {
            try {
                while (count == 0)
                    notEmpty.await();//队列空时，在notEmpty条件上等待。
            } catch (InterruptedException ie) {
                notEmpty.signal(); // 被中断后，唤醒其他等待notEmpty条件的线程。
                throw ie;
            }
            E x = extract();
            return x;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    /**
     * 从takeInde的位置取出元素，增加takeIndex，减少count，唤醒在notFull上等待的线程。
     * 本方法只有在持有锁的情况下才会被调用。
     */
    private E extract() {
        final E[] items = this.items;
        E x = items[takeIndex];
        items[takeIndex] = null;
        takeIndex = inc(takeIndex);
        --count;
        notFull.signal();
        return x;
    }

• 其他方法的实现也都比较简单，不进行一一解析。最后注意一下，ArrayBlockingQueue的Iterator是弱一致的。