LinkedBlockingQueue 源码解读
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第 1 章 阅读指南
- 本文基于 open-jdk 1.8 版本。
- 本文根据” Demo “解读源码。
-
本文建议分为两个学习阶段,掌握了第一阶段,再进行第二阶段;
- 第一阶段,理解章节“源码解读”前的所有内容。即掌握 IT 技能:熟悉 LinkedBlockingQueue 原理。
- 第二阶段,理解章节“源码解读”(包括源码解读)之后的内容。即掌握 IT 技能:精通 LinkedBlockingQueue 源码。
- 建议按照本文内容顺序阅读(内容前后顺序存在依赖关系)。
- 阅读过程中,如果遇到问题,记下来,后面不远的地方肯定有解答。
- 阅读章节“源码解读”时,建议获得中文注释源码包配合本文,Debug 进行阅读学习。
-
源码项目中的注释含义
- “ Demo ”在源码中,会标注“ // LinkedBlockingQueue Demo ”。
第 2 章 LinkedBlockingQueue 简介
LinkedBlockingQueue 是一个基于单向链表的、FIFO(先进先出)的阻塞队列。API 如下:
-
向队列中添加元素:
-
移除并返回队列头部元素:
- E take():当队列为空时,则阻塞;
- E poll():如果队列为空,则返回 null;
- E poll(long timeout, TimeUnit unit):如果队列为空,则阻塞 timeout unit 时间,如果规定时间内,仍然没有数据可取,则返回 null;
-
移除队列头部元素:
- boolean remove(Object o):队列为空时,抛出异常。成功移除返回 true;
-
获取队列头部元素:
- E peek():返回队列头部元素,但并不移除。队列为空时,返回 null;
第 3 章 Demo
public static void main(String[] args) throws InterruptedException { LinkedBlockingQueue linkedBlockingQueue = new LinkedBlockingQueue<>(); linkedBlockingQueue.put("元素1"); linkedBlockingQueue.offer("元素2", 10L, TimeUnit.SECONDS); // 移除并返回队列头部元素;如果 linkedBlockingQueue 中不存在元素,则阻塞; // 打印结果:元素1 System.out.println(linkedBlockingQueue.take()); // 移除并返回队列头部元素;如果 linkedBlockingQueue 中不存在元素,则阻塞 10 秒钟;10秒钟后,如果仍然没有数据可取,则返回 null // 打印结果:元素2 System.out.println(linkedBlockingQueue.poll(10L, TimeUnit.SECONDS));// 元素2 }
第 4 章 源码基础
4.1 Node
LinkedBlockingQueue 的内部类 Node,用来装载添加元素的,同时也是队列的组成元素。
代码示例 Node 成员变量
static class Node<E> { // item 表示当前节点存储的元素值,例如:"元素1" E item; // next 指向后一个 Node 节点对象(代表后一个进入队列的元素,例:"元素2") Node<E> next; }
4.2 LinkedBlockingQueue
代码示例 LinkedBlockingQueue 重要成员变量
public class LinkedBlockingQueue<E> extends AbstractQueue<E> implements BlockingQueue<E>, java.io.Serializable { // head 记录头节点 Node 对象,头节点 Node 对象不装载任何数据,即 item 值为空; // 当要调用 take() 等出队方法时,会将第二个节点的 item 值取出作为返回值,然后将 item 置为空,替换为头节点。 transient Node<E> head; // last 记录尾节点对象 private transient Node<E> last; // count 记录 LinkedBlockingQueue 中的 Node 数量 private final AtomicInteger count = new AtomicInteger(); // capacity 表示 LinkedBlockingQueue 最大可容纳的 Node 数,默认是 Integer 的最大值 private final int capacity;
4.3 队列生命周期
- 初始化: 当调用 LinkedBlockingQueue 构造函数时进行初始化:会创建一个 Node 对象,赋值给 head 和 last 变量,作为 LinkedBlockingQueue 队列中的头节点和尾节点;该 Node 对象的 item 和 next 属性值都为空;
- 入队: 当调用 put() 等入队方法添加数据 A 时,会先创建数据 A 的 Node 节点,将尾节点(尾节点就是 last 指向的 Node 节点)的 next 变量指向节点 A,然后将 last 变量也指向节点 A;
- 出队: 当调用 take() 等出队方法取出头节点数据时,会先将头节点的下一个节点赋值给 head,记为新头节点;然后将新头节点的 item 值取出作为返回值,然后再将 item 置为空。
第 5 章 相关 Java 基础
5.1 ReentrantLock
ReentrantLock 是 JDK 并发包(java.util.concurrent)中的可重入锁(可重入锁就是指持有锁的线程可以重复进入有该锁的代码块)。详见“ReentrantLock 源码解读”。
代码示例
@Test public void testReentrantLock1() { // 多个线程使用同一个 ReentrantLock 对象,上同一把锁 Lock lock = new ReentrantLock(); try { // 本线程尝试获取锁;如果锁已经被其它线程持有,则会进入阻塞状态,直到获取到锁 lock.lock(); System.out.println("处理中..."); } finally { // 释放锁 lock.unlock(); } }
5.2 Condition
实现等待/通知机制,必须在 ReentrantLock 锁定的代码块中才能使用;与 Object 的 wait/notify 功能相似,但是支持更多功能。
- void await():使当前线程进入阻塞状态,线程阻塞的同时会释放锁。
- long awaitNanos(long nanosTimeout):使当前线程进入阻塞状态,线程阻塞的同时会释放锁;若指定时间内未被唤醒,则会自动取消阻塞,返回 nanosTimeout 减去实际阻塞的时间(如果值为 0 或负数,则说明是自动取消阻塞的,而不是调用 signal() 方法被唤醒的)。
- void signal():唤醒处于等待中的 1 个线程(等待时间最长的线程)。阻塞线程被唤醒后,如果 ReentrantLock 对象的锁已被其它线程持有,则会重新进入阻塞状态(此线程仍然还被 Condition 视为等待时间最长的线程)。
public static void main(String[] args) { // 多个线程上同一把锁 Lock reentrantLock = new ReentrantLock(); Condition condition = reentrantLock.newCondition(); // 开启一个线程 new Thread(() -> { try { System.out.println("线程1-lock"); reentrantLock.lock(); Thread.sleep(1000); System.out.println("线程1-await"); condition.await(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { reentrantLock.unlock(); System.out.println("线程1-unlock"); } }).start(); // 开启另一个线程 new Thread(() -> { try { System.out.println("线程2-lock"); reentrantLock.lock(); System.out.println("线程2-signal"); condition.signal(); } finally { reentrantLock.unlock(); System.out.println("线程2-unlock"); } }).start(); }
打印结果:
线程1-lock
线程2-lock
线程1-await
线程2-signal
线程2-unlock
线程1-unlock
5.3 AtomicInteger
通过原子操作,实现线程安全的数值加减操作。
- incrementAndGet():获取数值,并将数值+1,最后返回加 1 后 的值。
- getAndIncrement():获取数值,并将数值+1,最后返回加 1 前 的值。
代码示例
public static void main(String[] args) { AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(100); // 获取 AtomicInteger 的值,并累加 1,最后返回加 1 前的值。 int b = atomicInteger.getAndIncrement(); // 打印结果:100 System.out.println(b); } public static void main(String[] args) { AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(100); // 获取 AtomicInteger 的值,并累加 1,最后返回加 1 后的值。 int b = atomicInteger.incrementAndGet(); // 打印结果:101 System.out.println(b); }
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原文
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