多线程(十九、阻塞队列-LinkedBlockingQueue)
LinkedBlockingQueue简介
1、LinkedBlockingQueue底层数据结构基于单链表实现,与ArrayBlockingQueue不同。
2、既可以在初始构造时就指定队列的容量,也可以不指定,如果不指定,那么它的容量大小默认为Integer.MAX_VALUE。
3、区别于ArrayBlockingQueue的全局锁,LinkedBlockingQueue维护了两把锁——takeLock和putLock。
takeLock用于控制出队的并发,putLock用于入队的并发。同一时刻,只能有一个线程能执行入队或者出队操作,但是,入队和出队之间可以并发执行,即同一时刻,可以同时有一个线程进行入队,另一个线程进行出队,这样就可以提升吞吐量。
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LinkedBlockingQueue构造
LinkedBlockingQueue使用了一个原子变量AtomicInteger记录队列中元素的个数,以保证入队/出队并发修改元素时的数据一致性
public class LinkedBlockingQueue extends AbstractQueue
implements BlockingQueue, java.io.Serializable {
/**
* 队列容量.
* 如果不指定, 则为Integer.MAX_VALUE
*/
private final int capacity;
/**
* 队列中的元素个数,原子类时间并发
*/
private final AtomicInteger count = new AtomicInteger();
/**
* 队首指针.
* head.item == null
*/
transient Node head;
/**
* 队尾指针.
* last.next == null
*/
private transient Node last;
/**
* 出队锁
*/
private final ReentrantLock takeLock = new ReentrantLock();
/**
* 队列空时,出队线程在该条件队列等待
*/
private final Condition notEmpty = takeLock.newCondition();
/**
* 入队锁
*/
private final ReentrantLock putLock = new ReentrantLock();
/**
* 队列满时,入队线程在该条件队列等待
*/
private final Condition notFull = putLock.newCondition();
/**
* 链表结点定义
*/
static class Node {
E item;
Node next; // 后驱指针
Node(E x) {
item = x;
}
}
}
主要方法:
1、插入元素-put
/**
* 在队尾插入指定的元素.
* 如果队列已满,则阻塞线程.
*/
public void put(E e) throws InterruptedException {
if (e == null) throw new NullPointerException();
int c = -1;
Node node = new Node(e);
final ReentrantLock putLock = this.putLock;
final AtomicInteger count = this.count;
putLock.lockInterruptibly(); // 获取“入队锁”
try {
while (count.get() == capacity) { // 队列已满, 则线程在notFull上等待
notFull.await();
}
enqueue(node); // 将新结点链接到“队尾”
/**
* c+1 表示的元素个数.
* 如果,则唤醒一个“入队线程”
*/
c = count.getAndIncrement(); // c表示入队前的队列元素个数
if (c + 1 < capacity) // 入队后队列未满, 则唤醒一个“入队线程”
notFull.signal();
} finally {
putLock.unlock();
}
if (c == 0) // 队列初始为空, 则唤醒一个“出队线程”
signalNotEmpty();
}
注意点:
1、每入队一个元素后,如果队列还没满,则需要唤醒其它可能正在等待的“入队线程”
2、每入队一个元素,都要判断下队列是否空了,如果空了,说明可能存在正在等待的“出队线程”,后面来的出队线程也会进行无用的等待,所以需要唤醒它,提升性能。
3、入队元素后,避免直接尝试唤醒出队线程,否则会要求去拿出队锁,这样持有锁A的同时,再去尝试获取锁B,很可能引起死锁
2、删除元素-take
/**
* 从队首出队一个元素
*/
public E take() throws InterruptedException {
E x;
int c = -1;
final AtomicInteger count = this.count;
final ReentrantLock takeLock = this.takeLock; // 获取“出队锁”
takeLock.lockInterruptibly();
try {
while (count.get() == 0) { // 队列为空, 则阻塞线程
notEmpty.await();
}
x = dequeue();
c = count.getAndDecrement(); // c表示出队前的元素个数
if (c > 1) // 出队前队列非空, 则唤醒一个出队线程
notEmpty.signal();
} finally {
takeLock.unlock();
}
if (c == capacity) // 队列初始为满,则唤醒一个入队线程
signalNotFull();
return x;
}
/**
* 队首出队一个元素.
*/
private E dequeue() {
Node h = head;
Node first = h.next;
h.next = h; // help GC
head = first;
E x = first.item;
first.item = null;
return x;
}
注意点:
1、每出队一个元素前,如果队列非空,则需要唤醒其它可能正在等待的“出队线程”
2、每出队一个元素,都要判断下队列是否满,如果是满的,说明可能存在正在等待的“入队线程”,需要唤醒它
总结:
1、队列大小不同。ArrayBlockingQueue初始构造时必须指定大小,而LinkedBlockingQueue构造时既可以指定大小,也可以不指定(默认为Integer.MAX_VALUE);
2、底层数据结构不同。ArrayBlockingQueue底层采用数组作为数据存储容器,而LinkedBlockingQueue底层采用单链表作为数据存储容器;
3、两者的加锁机制不同。ArrayBlockingQueue使用一把全局锁,即入队和出队使用同一个ReentrantLock锁;而LinkedBlockingQueue进行了锁分离,入队使用一个ReentrantLock锁(putLock),出队使用另一个ReentrantLock锁(takeLock);
4、LinkedBlockingQueue不能指定公平/非公平策略(默认都是非公平),而ArrayBlockingQueue可以指定策略。
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