008-多线程-JUC集合-Queue-LinkedBlockingQueue

一、概述

　　LinkedBlockingQueue是一个单向链表实现的阻塞队列。该队列按 FIFO（先进先出）排序元素，新元素插入到队列的尾部，并且队列获取操作会获得位于队列头部的元素。链接队列的吞吐量通常要高于基于数组的队列，但是在大多数并发应用程序中，其可预知的性能要低。

　　此外，LinkedBlockingQueue还是可选容量的(防止过度膨胀)，即可以指定队列的容量。如果不指定，默认容量大小等于Integer.MAX_VALUE。

1.1、原理数据结构

说明：
　　1. LinkedBlockingQueue继承于AbstractQueue，它本质上是一个FIFO(先进先出)的队列。

　　2. LinkedBlockingQueue实现了BlockingQueue接口，它支持多线程并发。当多线程竞争同一个资源时，某线程获取到该资源之后，其它线程需要阻塞等待。

　　3. LinkedBlockingQueue是通过单链表实现的。

　　　　(01) head是链表的表头。取出数据时，都是从表头head处插入。
　　　　(02) last是链表的表尾。新增数据时，都是从表尾last处插入。
　　　　(03) count是链表的实际大小，即当前链表中包含的节点个数。
　　　　(04) capacity是列表的容量，它是在创建链表时指定的。
　　　　(05) putLock是插入锁，takeLock是取出锁；notEmpty是“非空条件”，notFull是“未满条件”。通过它们对链表进行并发控制。

LinkedBlockingQueue在实现“多线程对竞争资源的互斥访问”时，对于“插入”和“取出(删除)”操作分别使用了不同的锁。对于插入操作，通过“插入锁putLock”进行同步；对于取出操作，通过“取出锁takeLock”进行同步。

此外，插入锁putLock和“非满条件notFull”相关联，取出锁takeLock和“非空条件notEmpty”相关联。通过notFull和notEmpty更细腻的控制锁。

-- 若某线程(线程A)要取出数据时，队列正好为空，则该线程会执行notEmpty.await()进行等待；当其它某个线程(线程B)向队列中插入了数据之后，会调用notEmpty.signal()唤醒“notEmpty上的等待线程”。此时，线程A会被唤醒从而得以继续运行。
 此外，线程A在执行取操作前，会获取takeLock，在取操作执行完毕再释放takeLock。

-- 若某线程(线程H)要插入数据时，队列已满，则该线程会它执行notFull.await()进行等待；当其它某个线程(线程I)取出数据之后，会调用notFull.signal()唤醒“notFull上的等待线程”。此时，线程H就会被唤醒从而得以继续运行。
 此外，线程H在执行插入操作前，会获取putLock，在插入操作执行完毕才释放putLock。

1.2、示例

/*

 *   LinkedBlockingQueue是“线程安全”的队列，而LinkedList是非线程安全的。

 *

 *   下面是“多个线程同时操作并且遍历queue”的示例

 *   (01) 当queue是LinkedBlockingQueue对象时，程序能正常运行。

 *   (02) 当queue是LinkedList对象时，程序会产生ConcurrentModificationException异常。

 *

 */

public class LinkedBlockingQueueDemo1 {

    // TODO: queue是LinkedList对象时，程序会出错。

    //private static Queue<String> queue = new LinkedList<String>();

    private static Queue<String> queue = new LinkedBlockingQueue<String>();

    public static void main(String[] args) {

        // 同时启动两个线程对queue进行操作！

        new MyThread("ta").start();

        new MyThread("tb").start();

    }

    private static void printAll() {

        String value;

        Iterator iter = queue.iterator();

        while (iter.hasNext()) {

            value = (String) iter.next();

            System.out.print(value + ", ");

        }

        System.out.println();

    }

    private static class MyThread extends Thread {

        MyThread(String name) {

            super(name);

        }

        @Override

        public void run() {

            int i = 0;

            while (i++ < 6) {

                // “线程名” + "-" + "序号"

                String val = Thread.currentThread().getName() + i;

                queue.add(val);

                // 通过“Iterator”遍历queue。

                printAll();

            }

        }

    }

}

结果说明：
示例程序中，启动两个线程(线程ta和线程tb)分别对LinkedBlockingQueue进行操作。以线程ta而言，它会先获取“线程名”+“序号”，然后将该字符串添加到LinkedBlockingQueue中；接着，遍历并输出LinkedBlockingQueue中的全部元素。线程tb的操作和线程ta一样，只不过线程tb的名字和线程ta的名字不同。
当queue是LinkedBlockingQueue对象时，程序能正常运行。如果将queue改为LinkedList时，程序会产生ConcurrentModificationException异常。

1.3、使用场景

二、源码说明