arrayblockingqueue介绍
arrayblockingqueue是数组实现的线程安全的有界的阻塞队列。
线程安全是指，arrayblockingqueue内部通过“互斥锁”保护竞争资源，实现了多线程对竞争资源的互斥访问。而有界，则是指arrayblockingqueue对应的数组是有界限的。 阻塞队列，是指多线程访问竞争资源时，当竞争资源已被某线程获取时，其它要获取该资源的线程需要阻塞等待；而且，arrayblockingqueue是按 fifo（先进先出）原则对元素进行排序，元素都是从尾部插入到队列，从头部开始返回。
注意：arrayblockingqueue不同于concurrentlinkedqueue，arrayblockingqueue是数组实现的，并且是有界限的；而concurrentlinkedqueue是链表实现的，是无界限的。
arrayblockingqueue原理和数据结构
arrayblockingqueue的数据结构，如下图所示：
说明：
1. arrayblockingqueue继承于abstractqueue，并且它实现了blockingqueue接口。
2. arrayblockingqueue内部是通过object[]数组保存数据的，也就是说arrayblockingqueue本质上是通过数组实现的。arrayblockingqueue的大小，即数组的容量是创建arrayblockingqueue时指定的。
3. arrayblockingqueue与reentrantlock是组合关系，arrayblockingqueue中包含一个reentrantlock对象(lock)。
reentrantlock是可重入的互斥锁，arrayblockingqueue就是根据该互斥锁实现“多线程对竞争资源的互斥访问”。而且，reentrantlock分为公平锁和非公平锁，关于具体使用公平锁还是非公平锁，在创建arrayblockingqueue时可以指定；而且，arrayblockingqueue默认会使用非公平锁。
4. arrayblockingqueue与condition是组合关系，arrayblockingqueue中包含两个condition对象(notempty和notfull)。而且，condition又依赖于arrayblockingqueue而存在，通过condition可以实现对arrayblockingqueue的更精确的访问 -- (01)若某线程(线程a)要取数据时，数组正好为空，则该线程会执行notempty.await()进行等待；当其它某个线程(线程b)向数组中插入了数据之后，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。(02)若某线程(线程h)要插入数据时，数组已满，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。
arrayblockingqueue函数列表
// 创建一个带有给定的（固定）容量和默认访问策略的 arrayblockingqueue。 arrayblockingqueue(int capacity) // 创建一个具有给定的（固定）容量和指定访问策略的 arrayblockingqueue。 arrayblockingqueue(int capacity, boolean fair) // 创建一个具有给定的（固定）容量和指定访问策略的 arrayblockingqueue，它最初包含给定 collection 的元素，并以 collection 迭代器的遍历顺序添加元素。 arrayblockingqueue(int capacity, boolean fair, collection<? extends e> c) // 将指定的元素插入到此队列的尾部（如果立即可行且不会超过该队列的容量），在成功时返回 true，如果此队列已满，则抛出 illegalstateexception。 boolean add(e e) // 自动移除此队列中的所有元素。 void clear() // 如果此队列包含指定的元素，则返回 true。 boolean contains(object o) // 移除此队列中所有可用的元素，并将它们添加到给定 collection 中。 int drainto(collection<? super e> c) // 最多从此队列中移除给定数量的可用元素，并将这些元素添加到给定 collection 中。 int drainto(collection<? super e> c, int maxelements) // 返回在此队列中的元素上按适当顺序进行迭代的迭代器。 iterator<e> iterator() // 将指定的元素插入到此队列的尾部（如果立即可行且不会超过该队列的容量），在成功时返回 true，如果此队列已满，则返回 false。 boolean offer(e e) // 将指定的元素插入此队列的尾部，如果该队列已满，则在到达指定的等待时间之前等待可用的空间。 boolean offer(e e, long timeout, timeunit unit) // 获取但不移除此队列的头；如果此队列为空，则返回 null。 e peek() // 获取并移除此队列的头，如果此队列为空，则返回 null。 e poll() // 获取并移除此队列的头部，在指定的等待时间前等待可用的元素（如果有必要）。 e poll(long timeout, timeunit unit) // 将指定的元素插入此队列的尾部，如果该队列已满，则等待可用的空间。 void put(e e) // 返回在无阻塞的理想情况下（不存在内存或资源约束）此队列能接受的其他元素数量。 int remainingcapacity() // 从此队列中移除指定元素的单个实例（如果存在）。 boolean remove(object o) // 返回此队列中元素的数量。 int size() // 获取并移除此队列的头部，在元素变得可用之前一直等待（如果有必要）。 e take() // 返回一个按适当顺序包含此队列中所有元素的数组。 object[] toarray() // 返回一个按适当顺序包含此队列中所有元素的数组；返回数组的运行时类型是指定数组的运行时类型。 <t> t[] toarray(t[] a) // 返回此 collection 的字符串表示形式。 string tostring()
下面从arrayblockingqueue的创建，添加，取出，遍历这几个方面对arrayblockingqueue进行分析。
1. 创建
下面以arrayblockingqueue(int capacity, boolean fair)来进行说明。
我要评论
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();
}
说明：
(01) items是保存“阻塞队列”数据的数组。它的定义如下：
final object[] items;
(02) fair是“可重入的独占锁(reentrantlock)”的类型。fair为true，表示是公平锁；fair为false，表示是非公平锁。
notempty和notfull是锁的两个condition条件。它们的定义如下：
final reentrantlock lock; private final condition notempty; private final condition notfull;
lock的作用是提供独占锁机制，来保护竞争资源；而condition是为了更加精细的对锁进行控制，它依赖于lock，通过某个条件对多线程进行控制。
notempty表示“锁的非空条件”。当某线程想从队列中取数据时，而此时又没有数据，则该线程通过notempty.await()进行等待；当其它线程向队列中插入了元素之后，就调用notempty.signal()唤醒“之前通过notempty.await()进入等待状态的线程”。
同理，notfull表示“锁的满条件”。当某线程想向队列中插入元素，而此时队列已满时，该线程等待；当其它线程从队列中取出元素之后，就唤醒该等待的线程。
2. 添加
下面以offer(e e)为例，对arrayblockingqueue的添加方法进行说明。
public boolean offer(e e) {
// 创建插入的元素是否为null，是的话抛出nullpointerexception异常
checknotnull(e);
// 获取“该阻塞队列的独占锁”
final reentrantlock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
// 如果队列已满，则返回false。
if (count == items.length)
return false;
else {
// 如果队列未满，则插入e，并返回true。
insert(e);
return true;
}
} finally {
// 释放锁
lock.unlock();
}
}
说明：offer(e e)的作用是将e插入阻塞队列的尾部。如果队列已满，则返回false，表示插入失败；否则，插入元素，并返回true。
(01) count表示”队列中的元素个数“。除此之外，队列中还有另外两个遍历takeindex和putindex。takeindex表示下一个被取出元素的索引，putindex表示下一个被添加元素的索引。它们的定义如下：
// 队列中的元素个数 int takeindex; // 下一个被取出元素的索引 int putindex; // 下一个被添加元素的索引 int count;
(02) insert()的源码如下：
private void insert(e x) {
// 将x添加到”队列“中
items[putindex] = x;
// 设置”下一个被取出元素的索引“
putindex = inc(putindex);
// 将”队列中的元素个数”+1
++count;
// 唤醒notempty上的等待线程
notempty.signal();
}
insert()在插入元素之后，会唤醒notempty上面的等待线程。
inc()的源码如下：
final int inc(int i) {
return (++i == items.length) ? 0 : i;
}
若i+1的值等于“队列的长度”，即添加元素之后，队列满；则设置“下一个被添加元素的索引”为0。
3. 取出
下面以take()为例，对arrayblockingqueue的取出方法进行说明。
public e take() throws interruptedexception {
// 获取“队列的独占锁”
final reentrantlock lock = this.lock;
// 获取“锁”，若当前线程是中断状态，则抛出interruptedexception异常
lock.lockinterruptibly();
try {
// 若“队列为空”，则一直等待。
while (count == 0)
notempty.await();
// 取出元素
return extract();
} finally {
// 释放“锁”
lock.unlock();
}
}
说明：take()的作用是取出并返回队列的头。若队列为空，则一直等待。
extract()的源码如下：
private e extract() {
final object[] items = this.items;
// 强制将元素转换为“泛型e”
e x = this.<e>cast(items[takeindex]);
// 将第takeindex元素设为null，即删除。同时，帮助gc回收。
items[takeindex] = null;
// 设置“下一个被取出元素的索引”
takeindex = inc(takeindex);
// 将“队列中元素数量”-1
--count;
// 唤醒notfull上的等待线程。
notfull.signal();
return x;
}
说明：extract()在删除元素之后，会唤醒notfull上的等待线程。
4. 遍历
下面对arrayblockingqueue的遍历方法进行说明。
public iterator<e> iterator() {
return new itr();
}
itr是实现了iterator接口的类，它的源码如下：
private class itr implements iterator<e> {
// 队列中剩余元素的个数
private int remaining; // number of elements yet to be returned
// 下一次调用next()返回的元素的索引
private int nextindex; // index of element to be returned by next
// 下一次调用next()返回的元素
private e nextitem; // element to be returned by next call to next
// 上一次调用next()返回的元素
private e lastitem; // element returned by last call to next
// 上一次调用next()返回的元素的索引
private int lastret; // index of last element returned, or -1 if none
itr() {
// 获取“阻塞队列”的锁
final reentrantlock lock = arrayblockingqueue.this.lock;
lock.lock();
try {
lastret = -1;
if ((remaining = count) > 0)
nextitem = itemat(nextindex = takeindex);
} finally {
// 释放“锁”
lock.unlock();
}
}
public boolean hasnext() {
return remaining > 0;
}
public e next() {
// 获取“阻塞队列”的锁
final reentrantlock lock = arrayblockingqueue.this.lock;
lock.lock();
try {
// 若“剩余元素<=0”，则抛出异常。
if (remaining <= 0)
throw new nosuchelementexception();
lastret = nextindex;
// 获取第nextindex位置的元素
e x = itemat(nextindex); // check for fresher value
if (x == null) {
x = nextitem; // we are forced to report old value
lastitem = null; // but ensure remove fails
}
else
lastitem = x;
while (--remaining > 0 && // skip over nulls
(nextitem = itemat(nextindex = inc(nextindex))) == null)
;
return x;
} finally {
lock.unlock();
}
}
public void remove() {
final reentrantlock lock = arrayblockingqueue.this.lock;
lock.lock();
try {
int i = lastret;
if (i == -1)
throw new illegalstateexception();
lastret = -1;
e x = lastitem;
lastitem = null;
// only remove if item still at index
if (x != null && x == items[i]) {
boolean removinghead = (i == takeindex);
removeat(i);
if (!removinghead)
nextindex = dec(nextindex);
}
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
arrayblockingqueue示例
import java.util.*;
import java.util.concurrent.*;
/*
* arrayblockingqueue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arrayblockingqueue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 arrayblockingqueuedemo1{
// 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 arrayblockingqueue<string>(20);
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();
}
}
}
}
(某一次)运行结果：
ta1, ta1, tb1, ta1, tb1, ta1, ta2, tb1, ta1, ta2, tb1, tb2, ta2, ta1, tb2, tb1, ta3, ta2, ta1, tb2, tb1, ta3, ta2, tb3, tb2, ta1, ta3, tb1, tb3, ta2, ta4, tb2, ta1, ta3, tb1, tb3, ta2, ta4, tb2, tb4, ta3, ta1, tb3, tb1, ta4, ta2, tb4, tb2, ta5, ta3, ta1, tb3, tb1, ta4, ta2, tb4, tb2, ta5, ta3, tb5, tb3, ta1, ta4, tb1, tb4, ta2, ta5, tb2, tb5, ta3, ta6, tb3, ta4, tb4, ta5, tb5, ta6, tb6,
结果说明：如果将源码中的queue改成linkedlist对象时，程序会产生concurrentmodificationexception异常。
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