ArrayBlockingQueue

1、简介

1.1 介绍

一个有限的blocking queue由数组支持。 这个队列排列元素FIFO（先进先出）。 队列的头部是队列中最长的元素。 队列的尾部是队列中最短时间的元素。 新元素插入队列的尾部，队列检索操作获取队列头部的元素。
这是一个经典的“有界缓冲区”，其中固定大小的数组保存由生产者插入的元素并由消费者提取。 创建后，容量无法更改。 尝试put成满的队列的元件将导致在操作阻挡; 尝试take从空队列的元件将类似地阻塞。

此类支持可选的公平策略，用于订购等待的生产者和消费者线程。 默认情况下，此订单不能保证。 然而，以公平设置为true的队列以FIFO顺序授予线程访问权限。 公平性通常会降低吞吐量，但会降低变异性并避免饥饿。

该类及其迭代器实现了Collection和Iterator接口的所有可选方法。

1.2 类继承

java.lang.Object    java.util.AbstractCollection<E>        java.util.AbstractQueue<E>            java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue<E>

1.3 构造

//有给定（固定）容量和默认访问策略的构造ArrayBlockingQueue(int capacity)//给定（固定）容量和指定访问策略的构造ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair)//给定（固定）容量和指定访问策略和子集合的构造ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair, Collection<? extends E> c)

1.4 主要方法

boolean add(E e)在插入此队列的尾部，如果有可能立即这样做不超过该队列的容量，true成功时 返回指定的元素 否则抛出 IllegalStateException如果此队列已满。void    clear()从这个队列中原子地删除所有的元素。boolean contains(Object o)如果此队列包含指定的元素，则返回 true 。int drainTo(Collection<? super E> c)从该队列中删除所有可用的元素，并将它们添加到给定的集合中。int drainTo(Collection<? super E> c, int maxElements)最多从该队列中删除给定数量的可用元素，并将它们添加到给定的集合中。Iterator<E> iterator()以适当的顺序返回该队列中的元素的迭代器。boolean offer(E e)如果可以在不超过队列容量的情况下立即将其指定的元素插入该队列的尾部，则在成功时 false如果该队列已满，则返回 true 。boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit)在该队列的尾部插入指定的元素，等待指定的等待时间，以使空间在队列已满时变为可用。E   peek()检索但不删除此队列的头，如果此队列为空，则返回 null 。E   poll()检索并删除此队列的头，如果此队列为空，则返回 null 。E   poll(long timeout, TimeUnit unit)检索并删除此队列的头，等待指定的等待时间（如有必要）使元素变为可用。void    put(E e)在该队列的尾部插入指定的元素，如果队列已满，则等待空间变为可用。int remainingCapacity()返回此队列可以理想地（在没有内存或资源限制）的情况下接受而不阻止的附加元素数。boolean remove(Object o)从该队列中删除指定元素的单个实例（如果存在）。

2、源代码

public class ArrayBlockingQueue<E> extends AbstractQueue<E>        implements BlockingQueue<E>, java.io.Serializable {    //实际的容器 final修饰    final Object[] items;    //头部索引    int takeIndex;    //尾部索引    int putIndex;    //元素个数    int count;    //锁    final ReentrantLock lock;    //条件锁    private final Condition notEmpty;    private final Condition notFull;    //循环队列长度-1    final int dec(int i) {        return ((i == 0) ? items.length : i) - 1;    }    //根据下标获取值    final E itemAt(int i) {        return (E) items[i];    }    //入队    private void enqueue(E x) {        final Object[] items = this.items;        //添加元素        items[putIndex] = x;        //循环+1        if (++putIndex == items.length)            putIndex = 0;        count++;        //唤醒消费者方法        notEmpty.signal();    }    //出队    private E dequeue() {        final Object[] items = this.items;        @SuppressWarnings("unchecked")        //返回队头的元素，并改变头部索引        E x = (E) items[takeIndex];        items[takeIndex] = null;        if (++takeIndex == items.length)            takeIndex = 0;        count--;        if (itrs != null)            itrs.elementDequeued();        //唤醒生产者线程        notFull.signal();        return x;    }    //移除队列中指定的元素    void removeAt(final int removeIndex) {        final Object[] items = this.items;        //如果移除队列头        if (removeIndex == takeIndex) {            // removing front item; just advance            items[takeIndex] = null;            //更改索引            if (++takeIndex == items.length)                takeIndex = 0;            count--;            if (itrs != null)                itrs.elementDequeued();        } else {            //移除队列中的元素            final int putIndex = this.putIndex;            for (int i = removeIndex;;) {                int next = i + 1;                //越界 复位                if (next == items.length)                    next = 0;                //删除数组中的一个元素，后续的元素依次向前移动                if (next != putIndex) {                    items[i] = items[next];                    i = next;                //移除最后一个，修改索引退出                } else {                    items[i] = null;                    this.putIndex = i;                    break;                }            }            count--;            if (itrs != null)                itrs.removedAt(removeIndex);        }        //唤醒生产者线程        notFull.signal();    }    //构造    public ArrayBlockingQueue(int capacity) {        this(capacity, false);    }    public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair) {        if (capacity <= 0)            throw new IllegalArgumentException();        this.items = 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);        final ReentrantLock lock = this.lock;        //加锁        lock.lock(); // Lock only for visibility, not mutual exclusion        try {            int i = 0;            try {                //循环添加元素                for (E e : c) {                    checkNotNull(e);                    items[i++] = e;                }            } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException ex) {                throw new IllegalArgumentException();            }            //更新索引            count = i;            putIndex = (i == capacity) ? 0 : i;        } finally {            lock.unlock();        }    }    //添加元素 实际调用offer方法    public boolean add(E e) {        return super.add(e);    }    public boolean offer(E e) {        checkNotNull(e);        final ReentrantLock lock = this.lock;        //加锁操作        lock.lock();        try {            //如果队列满，返回false            if (count == items.length)                return false;            else {                //入队                enqueue(e);                return true;            }        } finally {            lock.unlock();        }    }    //加入元素    public void put(E e) throws InterruptedException {        checkNotNull(e);        final ReentrantLock lock = this.lock;        //加锁        lock.lockInterruptibly();        try {            //如果队列满，则阻塞            while (count == items.length)                notFull.await();            //入队            enqueue(e);        } finally {            lock.unlock();        }    }    //带超时的加入元素操作    public boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit)        throws InterruptedException {        checkNotNull(e);        long nanos = unit.toNanos(timeout);        final ReentrantLock lock = this.lock;        lock.lockInterruptibly();        try {            //超时返回false            while (count == items.length) {                if (nanos <= 0)                    return false;                nanos = notFull.awaitNanos(nanos);            }            //入队            enqueue(e);            return true;        } finally {            lock.unlock();        }    }    //弹出元素 不会阻塞    public E poll() {        final ReentrantLock lock = this.lock;        lock.lock();        try {            return (count == 0) ? null : dequeue();        } finally {            lock.unlock();        }    }    //获取元素 如果队列空 阻塞    public E take() throws InterruptedException {        final ReentrantLock lock = this.lock;        lock.lockInterruptibly();        try {            while (count == 0)                notEmpty.await();            return dequeue();        } finally {            lock.unlock();        }    }    //返回元素 保留队列中的元素    public E peek() {        final ReentrantLock lock = this.lock;        lock.lock();        try {            return itemAt(takeIndex); // null when queue is empty        } finally {            lock.unlock();        }    }    //移除元素    public boolean remove(Object o) {        if (o == null) return false;        final Object[] items = this.items;        final ReentrantLock lock = this.lock;        lock.lock();        try {            if (count > 0) {                final int putIndex = this.putIndex;                int i = takeIndex;                //遍历、比较                do {                    if (o.equals(items[i])) {                        removeAt(i);                        return true;                    }                    if (++i == items.length)                        i = 0;                } while (i != putIndex);            }            return false;        } finally {            lock.unlock();        }    }}

2.3 总结

总的来说是一个生产者/消费者结构。

容器是使用数组实现的环形队列。增删改操作使用ReentrantLock同步

生产者/消费者使用条件锁notEmpty/notFull实现