LinkedBlockingQueue源码解析

原文地址：http://www.cnblogs.com/java-zhao/p/5135958.html1、对于LinkedBlockingQueue需要掌握以下几点创建
入队（添加元素）
出队（删除元素）
2、创建Node节点内部类与LinkedBlockingQueue的一些属性

static class Node<E> {
E item;//节点封装的数据
/**
* One of:
* - the real successor Node
* - this Node, meaning the successor is head.next
* - null, meaning there is no successor (this is the last node)
*/

Node<E> next;//下一个节点
Node(E x) { item = x; }
}

/** 指定链表容量  */
private final int capacity;

/** 当前的元素个数 */
private final AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);

/** 链表头节点 */
private transient Node<E> head;

/** 链表尾节点 */
private transient Node<E> last;

/** 出队锁 */
private final ReentrantLock takeLock = new ReentrantLock();

/** 出队等待条件 */
private final Condition notEmpty = takeLock.newCondition();

/** 入队锁 */
private final ReentrantLock putLock = new ReentrantLock();

/** 入队等待条件 */
private final Condition notFull = putLock.newCondition();

2.1、public LinkedBlockingQueue(int capacity)使用方法：Queue<String> abq = new LinkedBlockingQueue<String>(1000);源代码：

/**
* 创建一个 LinkedBlockingQueue，容量为指定容量
*/
public LinkedBlockingQueue(int capacity) {
if (capacity <= 0) throw new IllegalArgumentException();
this.capacity = capacity;
last = head = new Node<E>(null);//初始化头节点和尾节点，均为封装了null数据的节点
}

注意点：LinkedBlockingQueue的组成一个链表+两把锁+两个条件
 2.2、public LinkedBlockingQueue()使用方法：Queue<String> abq = new LinkedBlockingQueue<String>();源代码：

/**
* 创建一个LinkedBlockingQueue，容量为整数最大值
*/
public LinkedBlockingQueue() {
this(Integer.MAX_VALUE);
}

注意点：默认容量为整数最大值，可以看做没有容量限制 3、入队：3.1、public boolean offer(E e)原理：在队尾插入一个元素， 如果队列没满，立即返回true； 如果队列满了，立即返回false
使用方法：abq.offer("hello1");
源代码：

/**
* 在队尾插入一个元素， 容量没满，可以立即插入，返回true； 队列满了，直接返回false
* 注：如果使用了限制了容量的队列，这个方法比add()好，因为add()插入失败就会抛出异常
*/
public boolean offer(E e) {
if (e == null)
throw new NullPointerException();
final AtomicInteger count = this.count;// 获取队列中的元素个数
if (count.get() == capacity)// 队列满了
return false;
int c = -1;
final ReentrantLock putLock = this.putLock;
putLock.lock();// 获取入队锁
try {
if (count.get() < capacity) {// 容量没满
enqueue(e);// 入队
c = count.getAndIncrement();// 容量+1，返回旧值（注意）
if (c + 1 < capacity)// 如果添加元素后的容量，还小于指定容量（说明在插入当前元素后，至少还可以再插一个元素）
notFull.signal();// 唤醒等待notFull条件的其中一个线程
}
} finally {
putLock.unlock();// 释放入队锁
}
if (c == 0)// 如果c==0，这是什么情况？一开始如果是个空队列，就会是这样的值，要注意的是，上边的c返回的是旧值
signalNotEmpty();
return c >= 0;
}

/**
* 创建一个节点，并加入链表尾部
* @param x
*/
private void enqueue(E x) {
/*
* 封装新节点，并赋给当前的最后一个节点的下一个节点，然后在将这个节点设为最后一个节点
*/
last = last.next = new Node<E>(x);
}

private void signalNotEmpty() {
final ReentrantLock takeLock = this.takeLock;
takeLock.lock();//获取出队锁
try {
notEmpty.signal();//唤醒等待notEmpty条件的线程中的一个
} finally {
takeLock.unlock();//释放出队锁
}
}

如果，入队逻辑不懂，查看最后总结部分入队逻辑的图，代码非常简单，流程看注释即可。 3.2、public boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException原理：在队尾插入一个元素,，如果队列已满，则进入等待，直到出现以下三种情况：被唤醒
等待时间超时
当前线程被中断

使用方法：

try {
abq.offer("hello2",1000,TimeUnit.MILLISECONDS);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}

源代码：

/**
* 在队尾插入一个元素,，如果队列已满，则进入等待，直到出现以下三种情况：
* 1、被唤醒
* 2、等待时间超时
* 3、当前线程被中断
*/
public boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit)
throws InterruptedException {

if (e == null)
throw new NullPointerException();
long nanos = unit.toNanos(timeout);// 转换为纳秒
int c = -1;
final ReentrantLock putLock = this.putLock;// 入队锁
final AtomicInteger count = this.count;// 总数量
putLock.lockInterruptibly();
try {
while (count.get() == capacity) {// 容量已满
if (nanos <= 0)// 已经超时
return false;
/*
* 进行等待： 在这个过程中可能发生三件事：
* 1、被唤醒-->继续当前这个while循环
* 2、超时-->继续当前这个while循环
* 3、被中断-->抛出中断异常InterruptedException
*/
nanos = notFull.awaitNanos(nanos);
}
enqueue(e);// 入队
c = count.getAndIncrement();// 入队元素数量+1
if (c + 1 < capacity)
notFull.signal();
} finally {
putLock.unlock();
}
if (c == 0)
signalNotEmpty();
return true;
}

注意：awaitNanos(nanos)是AQS中的一个方法，这里就不详细说了，有兴趣的自己去查看AQS的源代码。
 3.3、public void put(E e) throws InterruptedException原理：在队尾插入一个元素，如果队列满了，一直阻塞，直到队列不满了或者线程被中断
使用方法：

try {
abq.put("hello1");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}

源代码：

/**
* 在队尾插一个元素
* 如果队列满了，一直阻塞，直到队列不满了或者线程被中断
*/
public void put(E e) throws InterruptedException {
if (e == null) throw new NullPointerException();
int c = -1;
final ReentrantLock putLock = this.putLock;//入队锁
final AtomicInteger count = this.count;//当前队列中的元素个数
putLock.lockInterruptibly();//加锁
try {
while (count.get() == capacity) {//如果队列满了
/*
* 加入notFull等待队列，直到队列元素不满了，
* 被其他线程使用notFull.signal()唤醒
*/
notFull.await();
}
enqueue(e);//入队
c = count.getAndIncrement();//入队数量+1
if (c + 1 < capacity)
notFull.signal();
} finally {
putLock.unlock();
}
if (c == 0)
signalNotEmpty();
}

 4、出队4.1、public E poll()原理：如果没有元素，直接返回null；如果有元素，出队
使用方法：abq.poll();源代码：

/**
* 出队：
* 1、如果没有元素，直接返回null
* 2、如果有元素，出队
*/
public E poll() {
final AtomicInteger count = this.count;// 获取元素数量
if (count.get() == 0)// 没有元素
return null;
E x = null;
int c = -1;
final ReentrantLock takeLock = this.takeLock;
takeLock.lock();// 获取出队锁
try {
if (count.get() > 0) {// 有元素
x = dequeue();// 出队
// 元素个数-1（注意：该方法是一个无限循环，直到减1成功为止，且返回旧值）
c = count.getAndDecrement();
if (c > 1)// 还有元素（如果旧值c==1的话，那么通过上边的操作之后，队列就空了）
notEmpty.signal();// 唤醒等待在notEmpty队列中的其中一条线程
}
} finally {
takeLock.unlock();// 释放出队锁
}
if (c == capacity)// c == capacity是怎么发生的？如果队列是一个满队列，注意：上边的c返回的是旧值
signalNotFull();
return x;
}

/**
* 从队列头部移除一个节点
*/
private E dequeue() {
Node<E> h = head;//获取头节点：x==null
Node<E> first = h.next;//将头节点的下一个节点赋值给first
h.next = h; // 将当前将要出队的节点置null（为了使其做head节点做准备）
head = first;//将当前将要出队的节点作为了头节点
E x = first.item;//获取出队节点的值
first.item = null;//将出队节点的值置空
return x;
}

private void signalNotFull() {
final ReentrantLock putLock = this.putLock;
putLock.lock();
try {
notFull.signal();
} finally {
putLock.unlock();
}
}

注意：出队逻辑如果不懂，查看最后总结部分的图 4.2、public E poll(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException原理：从队头删除一个元素，如果队列不空，出队；如果队列已空且已经超时，返回null；如果队列已空且时间未超时，则进入等待，直到出现以下三种情况：被唤醒
等待时间超时
当前线程被中断

使用方法：

try {
abq.poll(1000, TimeUnit.MILLISECONDS);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}

源代码：

/**
* 从队列头部删除一个元素,
* 如果队列不空，出队；
* 如果队列已空，判断时间是否超时，如果已经超时，返回null
* 如果队列已空且时间未超时，则进入等待，直到出现以下三种情况：
* 1、被唤醒
* 2、等待时间超时
* 3、当前线程被中断
*/
public E poll(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
E x = null;
int c = -1;
long nanos = unit.toNanos(timeout);
final AtomicInteger count = this.count;
final ReentrantLock takeLock = this.takeLock;
takeLock.lockInterruptibly();
try {
while (count.get() == 0) {//如果队列没有元素
if (nanos <= 0)//已经超时
return null;
/*
* 进行等待：
* 在这个过程中可能发生三件事：
* 1、被唤醒-->继续当前这个while循环
* 2、超时-->继续当前这个while循环
* 3、被中断-->抛出异常
*/
nanos = notEmpty.awaitNanos(nanos);
}
x = dequeue();//出队
c = count.getAndDecrement();
if (c > 1)
notEmpty.signal();
} finally {
takeLock.unlock();
}
if (c == capacity)
signalNotFull();
return x;
}

 4.3、public E take() throws InterruptedException原理：将队头元素出队，如果队列空了，一直阻塞，直到队列不为空或者线程被中断
使用方法：

try {
abq.take();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}

源代码：

/**
* 出队：
* 如果队列空了，一直阻塞，直到队列不为空或者线程被中断
*/
public E take() throws InterruptedException {
E x;
int c = -1;
final AtomicInteger count = this.count;//获取队列中的元素总量
final ReentrantLock takeLock = this.takeLock;
takeLock.lockInterruptibly();//获取出队锁
try {
while (count.get() == 0) {//如果没有元素，一直阻塞
/*
* 加入等待队列， 一直等待条件notEmpty（即被其他线程唤醒）
* （唤醒其实就是，有线程将一个元素入队了，然后调用notEmpty.signal()唤醒其他等待这个条件的线程，同时队列也不空了）
*/
notEmpty.await();
}
x = dequeue();//出队
c = count.getAndDecrement();//元素数量-1
if (c > 1)
notEmpty.signal();
} finally {
takeLock.unlock();
}
if (c == capacity)
signalNotFull();
return x;
}

 总结：1、具体入队与出队的原理图：图中每一个节点前半部分表示封装的数据x，后边的表示指向的下一个引用。1.1、初始化

 初始化之后，初始化一个数据为null，且head和last节点都是这个节点。1.2、入队两个元素过后

这个可以根据入队方法enqueue(E x)来看，源代码再贴一遍：

/**
* 创建一个节点，并加入链表尾部
*
* @param x
*/
private void enqueue(E x) {
/*
* 封装新节点，并赋给当前的最后一个节点的下一个节点，然后在将这个节点设为最后一个节点
*/
last = last.next = new Node<E>(x);
}

其实这我们就可以发现其实真正意义上出队的头节点是Head节点的下一个节点。（这也就是Node这个内部类中对next的注释，我没有翻译）1.3、出队一个元素后

表面上看，只是将头节点的next指针指向了要删除的x1.next，事实上这样我觉的就完全可以，但是jdk实际上是将原来的head节点删除了，而上边看到的这个head节点，正是刚刚出队的x1节点，只是其值被置空了。这一块对应着源代码来看：dequeue()

/**
* 从队列头部移除一个节点
*/
private E dequeue() {
Node<E> h = head;// 获取头节点：x==null
Node<E> first = h.next;// 将头节点的下一个节点赋值给first
h.next = h; // 将当前将要出队的节点置null（为了使其做head节点做准备）
head = first;// 将当前将要出队的节点作为了头节点
E x = first.item;// 获取出队节点的值
first.item = null;// 将出队节点的值置空
return x;
}

 2、三种入队对比：offer(E e)：如果队列没满，立即返回true； 如果队列满了，立即返回false-->不阻塞
put(E e)：如果队列满了，一直阻塞，直到队列不满了或者线程被中断-->阻塞
offer(E e, long timeout, TimeUnit unit)：在队尾插入一个元素,，如果队列已满，则进入等待，直到出现以下三种情况：-->阻塞被唤醒
等待时间超时
当前线程被中断

 3、三种出队对比：poll()：如果没有元素，直接返回null；如果有元素，出队
take()：如果队列空了，一直阻塞，直到队列不为空或者线程被中断-->阻塞
poll(long timeout, TimeUnit unit)：如果队列不空，出队；如果队列已空且已经超时，返回null；如果队列已空且时间未超时，则进入等待，直到出现以下三种情况：被唤醒
等待时间超时
当前线程被中断

 4、ArrayBlockingQueue与LinkedBlockingQueue对比ArrayBlockingQueue：一个对象数组+一把锁+两个条件
入队与出队都用同一把锁
在只有入队高并发或出队高并发的情况下，因为操作数组，且不需要扩容，性能很高
采用了数组，必须指定大小，即容量有限

LinkedBlockingQueue：一个单向链表+两把锁+两个条件
两把锁，一把用于入队，一把用于出队，有效的避免了入队与出队时使用一把锁带来的竞争。
在入队与出队都高并发的情况下，性能比ArrayBlockingQueue高很多
采用了链表，最大容量为整数最大值，可看做容量无限