Java中的阻塞队列-ArrayBlockingQueue（一）
最近在看一些java基础的东西，看到了队列这章，打算对复习的一些知识点做一个笔记，也算是对自己思路的一个整理，本章先聊聊java中的阻塞队列
参考文章：
http://ifeve.com/java-blocking-queue/
https://blog.csdn.net/u014082714/article/details/52215130
由上图可以用看出java中的阻塞队列都实现了 BlockingQueue接口，BlockingQueue又继承自Queue
1、什么是阻塞队列？
阻塞队列（BlockingQueue）是一个支持两个附加操作的队列。这两个附加的操作是：在队列为空时，获取元素的线程会等待队列变为非空。当队列满时，存储元素的线程会等待队列可用。阻塞队列常用于生产者和消费者的场景，生产者是往队列里添加元素的线程，消费者是从队列里拿元素的线程。阻塞队列就是生产者存放元素的容器，而消费者也只从容器里拿元素。
阻塞队列提供了四种处理方法：
- 抛出异常：是指当阻塞队列满时候，再往队列里插入元素，会抛出IllegalStateException(“Queue full”)异常。当队列为空时，从队列里获取元素时会抛出NoSuchElementException异常 。
- 返回特殊值：插入方法会返回是否成功，成功则返回true。移除方法，则是从队列里拿出一个元素，如果没有则返回null
- 一直阻塞：当阻塞队列满时，如果生产者线程往队列里put元素，队列会一直阻塞生产者线程，直到拿到数据，或者响应中断退出。当队列空时，消费者线程试图从队列里take元素，队列也会阻塞消费者线程，直到队列可用。
- 超时退出：当阻塞队列满时，队列会阻塞生产者线程一段时间，如果超过一定的时间，生产者线程就会退出。
2.、Java里的阻塞队列
JDK7提供了7个阻塞队列。分别是
- ArrayBlockingQueue ：一个由数组结构组成的有界阻塞队列。
- LinkedBlockingQueue ：一个由链表结构组成的有界阻塞队列。
- PriorityBlockingQueue ：一个支持优先级排序的无界阻塞队列。
- DelayQueue：一个使用优先级队列实现的无界阻塞队列。
- SynchronousQueue：一个不存储元素的阻塞队列。
- LinkedTransferQueue：一个由链表结构组成的无界阻塞队列。
- LinkedBlockingDeque：一个由链表结构组成的双向阻塞队列。
ArrayBlockingQueue
ArrayBlockingQueue是一个用数组实现的有界阻塞队列。此队列按照先进先出（FIFO）的原则对元素进行排序。默认情况下不保证访问者公平的访问队列，所谓公平访问队列是指阻塞的所有生产者线程或消费者线程，当队列可用时，可以按照阻塞的先后顺序访问队列，即先阻塞的生产者线程，可以先往队列里插入元素，先阻塞的消费者线程，可以先从队列里获取元素。通常情况下为了保证公平性会降低吞吐量。我们可以使用以下代码创建一个公平的阻塞队列：
ArrayBlockingQueue fairQueue = new ArrayBlockingQueue(1000,true);
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();
}
通过源码我们可以看到，构造器第一个参数是指定有界队列的大小（及数组的大小），第二个参数指定是否使用公平锁，这里可以看到阻塞队列的公平访问队列是通过重入锁来实现的（关于重入锁我们在别的章节介绍）
下边我们结合源码对其提供的方法做一个简单分析
关于构造器相关说明 /**
*
* 构造函数，设置队列的初始容量
*/
public ArrayBlockingQueue(int capacity) {
this(capacity, false);
} /**
* 构造函数。capacity设置数组大小 ，fair设置是否为公平锁
* capacity and the specified access policy.
*/
public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair) {
if (capacity <= 0)
throw new IllegalArgumentException();
this.items = new Object[capacity];
lock = new ReentrantLock(fair);//是否为公平锁，如果是的话，那么先到的线程先获得锁对象。
//否则，由操作系统调度由哪个线程获得锁，一般为false，性能会比较高
notEmpty = lock.newCondition();
notFull = lock.newCondition();
} /**
*构造函数，带有初始内容的队列
*/
public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair,
Collection<? extends E> c) {
this(capacity, fair); final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock(); //要给数组设置内容，先上锁
try {
int i = 0;
try {
for (E e : c) {
checkNotNull(e);
items[i++] = e;//依次拷贝内容
}
} catch (ArrayIndexOutOfBoundsException ex) {
throw new IllegalArgumentException();
}
count = i;
putIndex = (i == capacity) ? 0 : i;//如果putIndex大于数组大小 ，那么从0重新开始
} finally {
lock.unlock();//最后一定要释放锁
}
}
关于方法的说明 /**
* 添加一个元素，其实super.add里面调用了offer方法
*/
public boolean add(E e) {
return super.add(e);
}
/**
* 当调用offer方法返回false时，直接抛出异常
*/
public boolean add(E e) {
if (offer(e))
return true;
else
throw new IllegalStateException("Queue full");
}
}
/**
*加入成功返回true,否则返回false
*
*/
public boolean offer(E e) {
checkNotNull(e);
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();//上锁
try {
if (count == items.length) //超过数组的容量
return false;
else {
enqueue(e); //放入元素
return true;
}
} finally {
lock.unlock();
}
}
/**
* 如果队列已满的话，就会等待
*/
public void put(E e) throws InterruptedException {
checkNotNull(e);
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lockInterruptibly();//和lock()方法的区别是让它在阻塞时也可抛出异常跳出
try {
while (count == items.length)
notFull.await(); //这里就是阻塞了，要注意。如果运行到这里，那么它会释放上面的锁，一直等到notify
enqueue(e);
} finally {
lock.unlock();
}
}
/**
* 带有超时时间的插入方法，unit表示是按秒、分、时哪一种
*/
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 {
while (count == items.length) {
if (nanos <= 0)
return false;
nanos = notFull.awaitNanos(nanos);//带有超时等待的阻塞方法
}
enqueue(e);//入队
return true;
} finally {
lock.unlock();
}
}
//实现的方法，如果当前队列为空，返回null
public E poll() {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
return (count == 0) ? null : dequeue();
} finally {
lock.unlock();
}
}
//实现的方法，如果当前队列为空，一直阻塞
public E take() throws InterruptedException {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lockInterruptibly();
try {
while (count == 0)
notEmpty.await();//队列为空，阻塞方法
return dequeue();
} finally {
lock.unlock();
}
}
//带有超时时间的取元素方法，否则返回Null
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);//超时等待
}
return dequeue();//取得元素
} finally {
lock.unlock();
}
}
//只是看一个队列最前面的元素，取出是不删除队列中的原来元素。队列为空时返回null
public E peek() {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
return itemAt(takeIndex); // 队列为空时返回null
} finally {
lock.unlock();
}
}
/**
* 返回队列当前元素个数
*
*/
public int size() {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
return count;
} finally {
lock.unlock();
}
}
/**
* 返回当前队列再放入多少个元素就满队
*/
public int remainingCapacity() {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
return items.length - count;
} finally {
lock.unlock();
}
}
/**
* 从队列中删除一个元素的方法。删除成功返回true,否则返回false
*/
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;
do {
if (o.equals(items[i])) {
removeAt(i); //真正删除的方法
return true;
}
if (++i == items.length)
i = 0;
} while (i != putIndex);//一直不断的循环取出来做判断
}
return false;
} finally {
lock.unlock();
}
}
/**
* 是否包含一个元素
*/
public boolean contains(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;
do {
if (o.equals(items[i]))
return true;
if (++i == items.length)
i = 0;
} while (i != putIndex);
}
return false;
} finally {
lock.unlock();
}
}
/**
* 清空队列
*
*/
public void clear() {
final Object[] items = this.items;
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
int k = count;
if (k > 0) {
final int putIndex = this.putIndex;
int i = takeIndex;
do {
items[i] = null;
if (++i == items.length)
i = 0;
} while (i != putIndex);
takeIndex = putIndex;
count = 0;
if (itrs != null)
itrs.queueIsEmpty();
for (; k > 0 && lock.hasWaiters(notFull); k--)
notFull.signal();
}
} finally {
lock.unlock();
}
}
/**
* 取出所有元素到集合
*/
public int drainTo(Collection<? super E> c) {
return drainTo(c, Integer.MAX_VALUE);
}
/**
* 取出所有元素到集合
*/
public int drainTo(Collection<? super E> c, int maxElements) {
checkNotNull(c);
if (c == this)
throw new IllegalArgumentException();
if (maxElements <= 0)
return 0;
final Object[] items = this.items;
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
int n = Math.min(maxElements, count);
int take = takeIndex;
int i = 0;
try {
while (i < n) {
@SuppressWarnings("unchecked")
E x = (E) items[take];
c.add(x);
items[take] = null;
if (++take == items.length)
take = 0;
i++;
}
return n;
} finally {
// Restore invariants even if c.add() threw
if (i > 0) {
count -= i;
takeIndex = take;
if (itrs != null) {
if (count == 0)
itrs.queueIsEmpty();
else if (i > take)
itrs.takeIndexWrapped();
}
for (; i > 0 && lock.hasWaiters(notFull); i--)
notFull.signal();
}
}
} finally {
lock.unlock();
}
}
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