Java BlockingQueue 源碼分析，javablockingqueue

Java BlockingQueue 源碼分析，javablockingqueue
簡介

BlockingQueue 是 Java concurrent包提供的多安全執行緒的阻塞隊列，其子類包括 LinkedBlockingQueue 和 ArrayBlockingQueue。

關鍵API

說到隊列，自然少不了首尾的插入刪除操作，BlockingQueue的API中提供了好幾種插入刪除方法。
這些方法在遇到無法滿足的執行條件時，如隊列滿了（添加元素時）/隊列為空白（取出元素時），會採取不同的措施：拋出異常，返回false/null，阻塞調用API的線程，等待一定時間等。具體如下表：

	Throws exception	Special value	Blocks	Times out
Insert	add(e)	offer(e)	put(e)	offer(e,time,unit)
Remove	remove()	poll()	take()	poll(time,unit)
Examine	element()	peek()	not applicable	not applicable

ArrayBlockingQueue

ArrayBlockingQueue是一個基於數組的阻塞隊列，在建立一個ArrayBlockingQueue時，需要提供的一個表示隊列大小的參數。

ArrayBlockingQueue是安全執行緒的，但這是怎麼做到的呢？這需要注意類中的三個屬性：

    /** Main lock guarding all access */    final ReentrantLock lock;    /** Condition for waiting takes */    private final Condition notEmpty;    /** Condition for waiting puts */    private final Condition notFull;

這裡一個鎖，兩個條件變數，管理所有使用API的線程的互斥和同步。具體的鎖和條件變數的理論知識，可以參見相關的作業系統書籍。

offer vs put

    public boolean offer(E e) {        checkNotNull(e);        final ReentrantLock lock = this.lock;        lock.lock();        try {            if (count == items.length)                return false;            else {                insert(e);                return true;            }        } finally {            lock.unlock();        }    }    public void put(E e) throws InterruptedException {        checkNotNull(e);        final ReentrantLock lock = this.lock;        lock.lockInterruptibly();        try {            while (count == items.length)                notFull.await();            insert(e);        } finally {            lock.unlock();        }    }

可以看到，兩個方法中在往隊列裡添加元素時，都是先對臨界區加鎖，不同在於，offer方法中若是檢測出隊列已滿，會直接返回false；put方法中，若是檢測出隊列已滿，線程會在 notFull 條件變數中阻塞，這樣線程會釋放鎖，讓其他線程進入臨界區。以後某個時間，一個線程從隊列中取出元素，隊列不再為空白，並且該線程喚醒在notFull條件變數上阻塞的線程，put方法才有可能完成。

poll vs take

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

take的邏輯和put差不多，只不過這次是若隊列為空白，則線程阻塞在notEmpty 條件變數上，等待其他線程往隊列中添加元素，並喚醒在notEmpty上阻塞的線程。

   public E poll() {        final ReentrantLock lock = this.lock;        lock.lock();        try {            return (count == 0) ? null : extract();        } finally {            lock.unlock();        }    }

poll方法在檢測到隊列為空白時，直接返回null，否則取出隊頭元素。

      public E poll(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException {        long nanos = unit.toNanos(timeout);        final ReentrantLock lock = this.lock;        lock.lockInterruptibly();        try {            while (count == 0) {                if (nanos <= 0)                    return null;                nanos = notEmpty.awaitNanos(nanos);            }            return extract();        } finally {            lock.unlock();        }    }

poll 還有個比較有趣的重載實現，這裡利用Condition變數的計時器方法awaitNanos 。先將時間大小根據時間單位換算成納秒的數值，當隊列容量為0是，使用Condition.awaitNanos(…)，進行計時，逾時後返回null。