一，BlockingQueue

在最常見的使用到這個阻塞隊列的地方，就是我們耳熟能詳?shù)木€程池里面了，作為我們線程池的一大最大參與者，也是AQS的一個具體實現(xiàn)，因此可以好好的深入了解一下這個BlockingQueue阻塞隊列。

用一句話描述這個阻塞隊列就是：它是線程的一個通信工具，在任意時刻，不管并發(fā)有多高，在單jvm進(jìn)程上，同一時間永遠(yuǎn)只有一個線程能夠?qū)﹃犃羞M(jìn)行入隊和出隊的操作，它的特性是在任意時刻只有一個線程可以進(jìn)行take或者put操作。因此這個隊列是一個線程安全的隊列。

比較適用于生產(chǎn)者和消費(fèi)者的場景，因此適用的應(yīng)用場景如下 線程池，springCloud-Eureka的三級緩存，Nacos，Netty，RakectMq等

所有的阻塞隊列都都實現(xiàn)了對這個BlockingQueue接口

public interface BlockingQueue<E> extends Queue<E>

1，主要常用的隊列有如下

ArrayBlockingQueue： 由數(shù)組支持的有界隊列

LinkedBlockingQueue： 由鏈接節(jié)點(diǎn)支持的可選有界隊列

PriorityBlockingQueue： 由優(yōu)先級堆支持的無界優(yōu)先級隊列

DelayQueue： 由優(yōu)先級堆支持的、基于時間的調(diào)度隊列

2，基本工作原理實現(xiàn)如下

1，以一個有界隊列為例，首先消費(fèi)者這邊獲取到鎖，然后會生產(chǎn)商品，然后會往隊列中填滿數(shù)據(jù)，隊列填滿之后，生產(chǎn)者端會進(jìn)行阻塞，同時會釋放這把鎖，并且會通知這個消費(fèi)者趕緊去消費(fèi)。當(dāng)然內(nèi)部也做了很多事情，不一定就是說一定要阻塞隊列滿了之后才會去喚醒生產(chǎn)者去消費(fèi)，而是消費(fèi)者那邊也會有一個監(jiān)聽事件，只有隊列不為空，就會有這個消費(fèi)者來消費(fèi)。

2，消費(fèi)者在接收到生產(chǎn)者的通知之后呢，就會先去獲取到這把鎖，然后對里面的產(chǎn)品進(jìn)行消費(fèi)，當(dāng)隊列里面的產(chǎn)品都被消費(fèi)完成之后，消費(fèi)者這邊又會釋放這把鎖，然后將自身阻塞，并同時去喚醒這個生產(chǎn)者繼續(xù)生產(chǎn)產(chǎn)品。

3，生產(chǎn)者又獲取到鎖，然后重復(fù)執(zhí)行第一步。

3，基本api使用如下

二，源碼剖析

在了解過一定的工作原理之后，接下來可以對源碼分析一波。

2.1，ArrayBlockingQueue

這里主要通過這個ArrayBlockingQueue為例，來描述一下這個阻塞隊列的工作流程

BlockingQueue<Integer> queue = new ArrayBlockingQueue<Integer>(BOUND);

這個構(gòu)造方法里面有如下參數(shù)

public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair) {
    if (capacity <= 0)
        throw new IllegalArgumentException();
    this.items = new Object[capacity];
    lock = new ReentrantLock(fair); //非公平鎖
    notEmpty = lock.newCondition(); //條件對象，用于喚醒指定線程
    notFull =  lock.newCondition(); //條件對象
}

生產(chǎn)者會向隊列中put產(chǎn)品，生產(chǎn)者后會持有鎖，此時會向隊列中存放產(chǎn)品，如果隊列滿了，則會阻塞自己，并且在最后會釋放鎖。

public void put(E e) throws InterruptedException {
    checkNotNull(e);
    final ReentrantLock lock = this.lock; //生產(chǎn)者加鎖
    lock.lockInterruptibly();
    try {
        while (count == items.length) //如果隊列滿了，則會阻塞
            notFull.await();
        enqueue(e);
    } finally {
        lock.unlock(); //釋放鎖
    }
}

既然涉及到ReentrantLock，那么就用從之前的AQS里面講起了，這里面這要是一個CLH同步等待隊列，由一個雙向鏈表和一個同步阻塞器組成，同步阻塞器會有一個state和一個exclusiveOwnerThread狀態(tài)組成，state=0表示當(dāng)前沒有對象獲取到鎖，可以來競爭鎖。每個結(jié)點(diǎn)由一個前驅(qū)指針和一個后繼指針，并且里面有一個waitStatus等待狀態(tài)，該狀態(tài)主要表示下一個結(jié)點(diǎn)的存活狀態(tài)。

這里的話不會像之前一樣使用這個CLH同步等待隊列，而是加入了一種新的Condition條件等待隊列，如下圖。由firstWaiter和nextWaiter組成的單向鏈表隊列，里面的waitStatus為CONDITION:-2 。也就是說如果當(dāng)前生產(chǎn)者結(jié)點(diǎn)后面的結(jié)點(diǎn)又是一個生產(chǎn)者節(jié)點(diǎn)，因為期間可能存在多個生產(chǎn)者的線程，而為了喚醒接下來的消費(fèi)者，就會創(chuàng)建一個條件等待隊列，去存儲后面的生產(chǎn)者結(jié)點(diǎn)。 就是說在CLH同步等待隊列中，當(dāng)前結(jié)點(diǎn)為生產(chǎn)者的話，在阻塞隊列滿了之后，如果CLH中的下一個節(jié)點(diǎn)還是生產(chǎn)者，則會將waitStatus的狀態(tài)設(shè)置成-2，并將下一個節(jié)點(diǎn)移動到這個條件等待隊列里面并進(jìn)行排隊，如果下一個結(jié)點(diǎn)還是，又會將下一個結(jié)點(diǎn)移動到這個條件等待隊列里面并進(jìn)行排隊。知道下一個結(jié)點(diǎn)是消費(fèi)者為止。

await()釋放鎖的流程如下

public final void await() throws InterruptedException {
    //線程是否被中斷，如果被中斷，直接拋異常
    if (Thread.interrupted())
        throw new InterruptedException();
    //條件等待隊列，會構(gòu)建一個新的隊列
    Node node = addConditionWaiter();
    //釋放鎖，并對對應(yīng)的結(jié)點(diǎn)進(jìn)行喚醒操作
    int savedState = fullyRelease(node);
    int interruptMode = 0;
    //判斷當(dāng)前結(jié)點(diǎn)是在條件隊列里面還是在同步隊列里面
    while (!isOnSyncQueue(node)) {
        LockSupport.park(this);
        if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)
            break;
    }
    if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE)
        interruptMode = REINTERRUPT;
    if (node.nextWaiter != null) // clean up if cancelled
        unlinkCancelledWaiters();
    if (interruptMode != 0)
        reportInterruptAfterWait(interruptMode);
}

構(gòu)建條件等待隊列如下

private Node addConditionWaiter() {
    Node t = lastWaiter;
    // If lastWaiter is cancelled, clean out.
    if (t != null && t.waitStatus != Node.CONDITION) {
        unlinkCancelledWaiters();
        t = lastWaiter;
    }
    Node node = new Node(Thread.currentThread(), Node.CONDITION);
    if (t == null)
        firstWaiter = node;
    else
        t.nextWaiter = node;
    lastWaiter = node;
    return node;
}

出隊，消費(fèi)者在獲取產(chǎn)品時，產(chǎn)品就會出隊，與此同時，在隊列出隊成功之后，隊列中就會有一個空位，會調(diào)用notFull.signal()方法，通知生產(chǎn)者可以去生產(chǎn)產(chǎn)品了。并將這個條件等待隊列放回這個CLH隊列里面，只有在CLH隊列里面才會獲取鎖。最后在CLH中才能進(jìn)行unPark釋放鎖的操作。

private E dequeue() {
    // assert lock.getHoldCount() == 1;
    // assert items[takeIndex] != null;
    final Object[] items = this.items;
    @SuppressWarnings("unchecked")
    E x = (E) items[takeIndex];
    items[takeIndex] = null;
    if (++takeIndex == items.length)
        takeIndex = 0;
    count--;
    if (itrs != null)
        itrs.elementDequeued();
    //隊列中有空位，通知生產(chǎn)者生產(chǎn)產(chǎn)品
    notFull.signal();
    return x;
}

消費(fèi)者獲取產(chǎn)品

public E take() throws InterruptedException {
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lockInterruptibly();
        try {
            while (count == 0)
                notEmpty.await();
            return dequeue();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

三，總結(jié)

BlockingQueue也是基于這個AQS的方式實現(xiàn)的，主要是利用這個生產(chǎn)者和消費(fèi)者這個模型來實現(xiàn)。

通過這個AQS中的CLH同步隊列來對節(jié)點(diǎn)的鎖的阻塞和釋放，期間利用了這個條件等待隊列來實現(xiàn)，如果存在多個生產(chǎn)者的線程的情況下，就會將這些線程加入到一個條件等待的隊列里面。

并將這個節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)改為-2，condition狀態(tài)。

在全部進(jìn)入條件等待隊列之后，這個鎖還在并沒有釋放，因此最后又需要將這個條件等待隊列里面的結(jié)點(diǎn)加回到CLH同步隊列中，再進(jìn)行排隊的釋放這個鎖。結(jié)點(diǎn)出隊的時候，然后生產(chǎn)者會通過一個singal監(jiān)聽這個消費(fèi)者，每當(dāng)這個阻塞隊列里面出隊，有一個位置的的時候，生產(chǎn)者就會生產(chǎn)這個產(chǎn)品。

消費(fèi)者也會監(jiān)聽這個隊列，隊列中只要不為空，就回去消費(fèi)隊列中的產(chǎn)品。

獲取鎖的條件 只有在CLH隊列里等待的Node結(jié)點(diǎn)并且前驅(qū)結(jié)點(diǎn)的 waitStatus 為sinal = -1的可被喚醒的結(jié)點(diǎn)。

條件隊列里面的這些節(jié)點(diǎn)是不能獲取到鎖的。

到此這篇關(guān)于Java中的BlockingQueue阻塞隊列原理以及實現(xiàn)詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)BlockingQueue阻塞隊列內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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