多线程（十八、阻塞队列-ArrayBlockingQueue）

ArrayBlockingQueue简介

1、队列的容量一旦在构造时指定，后续不能改变；
2、插入元素时，在队尾进行；删除元素时，在队首进行；
3、队列满时，插入元素会阻塞线程；队列空时，删除元素也会阻塞线程；
4、支持公平/非公平策略，默认为非公平策略。

ArrayBlockingQueue构造

核心构造方法：

/**
 * 指定队列初始容量和公平/非公平策略的构造器.
 */
public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair) {
    if (capacity <= 0)
        throw new IllegalArgumentException();

    this.items = new Object[capacity];
    lock = new ReentrantLock(fair);     // 利用独占锁的策略
    notEmpty = lock.newCondition();  //当队列空时，线程在该队列等待获取
    notFull = lock.newCondition();  // 当队列满时，线程在该队列等待插入
}

成员变量

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

    /**
     * 内部数组
     */
    final Object[] items;

    /**
     * 下一个待删除位置的索引: take, poll, peek, remove方法使用
     */
    int takeIndex;

    /**
     * 下一个待插入位置的索引: put, offer, add方法使用
     */
    int putIndex;

    /**
     * 队列中的元素个数
     */
    int count;

    /**
     * 全局锁
     */
    final ReentrantLock lock;

    /**
     * 非空条件队列：当队列空时，线程在该队列等待获取
     */
    private final Condition notEmpty;

    /**
     * 非满条件队列：当队列满时，线程在该队列等待插入
     */
    private final Condition notFull;
}

方法

ArrayBlockingQueue方法一共4个：put(E e)、offer(e, time, unit)和take()、poll(time, unit)，我们先来看插入元素的方法。

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插入数据-put

/**
 * 在队尾插入指定元素，如果队列已满，则阻塞线程.
 */
public void put(E e) throws InterruptedException {
    checkNotNull(e);
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lockInterruptibly();   // 加锁
    try {
        while (count == items.length)   // 队列已满。这里必须用while
            notFull.await();             // 在notFull队列上等待
        enqueue(e);                     // 队列未满, 直接入队
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

入队方法：enqueue

/**
* 每次插入一个元素都会唤醒一个等待线程来处理
*/
private void enqueue(E x) {
    final Object[] items = this.items;
    items[putIndex] = x;
    if (++putIndex == items.length)     // 队列已满,则重置索引为0
        putIndex = 0;
    count++;                            // 元素个数+1
    notEmpty.signal();                  // 唤醒一个notEmpty上的等待线程(可以来队列取元素了)
}

删除元素-take

/**
 * 从队首删除一个元素, 如果队列为空, 则阻塞线程
 */
public E take() throws InterruptedException {
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lockInterruptibly();
    try {
        while (count == 0)      // 队列为空, 则线程在notEmpty条件队列等待
            notEmpty.await();
        return dequeue();       // 队列非空，则出队一个元素
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

出队函数：dequeue

/**
     *删除一个元素，则唤醒一个等待插入的线程
     */
private E dequeue() {
    final Object[] items = this.items;
    E x = (E) items[takeIndex];
    items[takeIndex] = null;
    if (++takeIndex == items.length)    // 如果队列已空，重置获取索引
        takeIndex = 0;
    count--;
    if (itrs != null)
        itrs.elementDequeued();
    notFull.signal();                   // 唤醒一个notFull上的等待线程(可以插入元素到队列了)
    return x;
}

环形结构

1、初始化：

2、插入元素“9”

3、插入元素“2”、“10”、“25”、“93”

4、插入元素“90”

注意，此时再插入一个元素“90”，则putIndex变成6，等于队列容量6，由于是循环队列，所以会将tableIndex重置为0。

重置代码看这里：

5、出队元素“9”

6、出队元素“2”、“10”、“25”、“93”

7、出队元素“90”
注意，此时再出队一个元素“90”，则tabeIndex变成6，等于队列容量6，由于是循环队列，所以会将tableIndex重置为0

重置代码看这里

总结

1、ArrayBlockingQueue利用了ReentrantLock来保证线程的安全性，针对队列的修改都需要加全局锁。
2、ArrayBlockingQueue是有界的，且在初始时指定队列大小。
3、ArrayBlockingQueue的内部数组其实是一种环形结构。