LinkedBlockingQueue原理

1. 基本的入队出队

public class LinkedBlockingQueue<E> extends AbstractQueue<E>implements BlockingQueue<E>, java.io.Serializable {static class Node<E> {E item;/*** 下列三种情况之一* - 真正的后继节点* - 自己, 发生在出队时* - null, 表示是没有后继节点, 是最后了*/Node<E> next;Node(E x) {item = x;}}
}

初始化链表 last = head = new Node<E>(null);Dummy 节点用来占位，item 为 null。

当一个节点入队 last = last.next = node;

再来一个节点入队 last = last.next = node;

出队

Node<E> h = head;
Node<E> first = h.next;
h.next = h; // help GC
head = first;
E x = first.item;
first.item = null;
return x;

h = head

first = h.next

h.next = h1

head = first

E x = first.item;
first.item = null;
return x;

2. 加锁分析

高明之处在于用了两把锁和 dummy 节点

• 用一把锁，同一时刻，最多只允许有一个线程（生产者或消费者，二选一）执行。
• 用两把锁，同一时刻，可以允许两个线程同时（一个生产者与一个消费者）执行。
  • 消费者与消费者线程仍然串行。
  • 生产者与生产者线程仍然串行。

线程安全分析

• 当节点总数大于 2 时（包括 dummy 节点），putLock 保证的是 last 节点的线程安全，takeLock 保证的是head 节点的线程安全。两把锁保证了入队和出队没有竞争。
• 当节点总数等于 2 时（即一个 dummy 节点，一个正常节点）这时候，仍然是两把锁锁两个对象，不会竞争。
• 当节点总数等于 1 时（就一个 dummy 节点）这时 take 线程会被 notEmpty 条件阻塞，有竞争，会阻塞。

// 用于 put(阻塞) offer(非阻塞)
private final ReentrantLock putLock = new ReentrantLock();
// 用户 take(阻塞) poll(非阻塞)
private final ReentrantLock takeLock = new ReentrantLock();

put 操作

    public void put(E e) throws InterruptedException {if (e == null) throw new NullPointerException();int c = -1;Node<E> node = new Node<E>(e);final ReentrantLock putLock = this.putLock;// count 用来维护元素计数final AtomicInteger count = this.count;putLock.lockInterruptibly();try {// 满了等待while (count.get() == capacity) {// 倒过来读就好: 等待 notFullnotFull.await();}// 有空位, 入队且计数加一enqueue(node);c = count.getAndIncrement();// 除了自己 put 以外, 队列还有空位, 由自己叫醒其他 put 线程if (c + 1 < capacity)notFull.signal();} finally {putLock.unlock();}// 如果队列中有一个元素, 叫醒 take 线程if (c == 0)// 这里调用的是 notEmpty.signal() 而不是 notEmpty.signalAll() 是为了减少竞争signalNotEmpty();}

take 操作

public E take() throws InterruptedException {E x;int c = -1;final AtomicInteger count = this.count;final ReentrantLock takeLock = this.takeLock;takeLock.lockInterruptibly();try {while (count.get() == 0) {notEmpty.await();}x = dequeue();c = count.getAndDecrement();if (c > 1)notEmpty.signal();} finally {takeLock.unlock();}// 如果队列中只有一个空位时, 叫醒 put 线程// 如果有多个线程进行出队, 第一个线程满足 c == capacity, 但后续线程 c < capacityif (c == capacity)// 这里调用的是 notFull.signal() 而不是 notFull.signalAll() 是为了减少竞争signalNotFull()return x;}

由 put 唤醒 put 是为了避免信号不足。

3. 性能比较

主要列举 LinkedBlockingQueue 与 ArrayBlockingQueue 的性能比较

• Linked 支持有界，Array 强制有界。
• Linked 实现是链表，Array 实现是数组。
• Linked 是懒惰的，而 Array 需要提前初始化 Node 数组。
• Linked 每次入队会生成新 Node，而 Array 的 Node 是提前创建好的。
• Linked 两把锁，Array 一把锁。