ArrayBlockingQueue源码分析.docx

`ArrayBlockingQueue` 是 Java 中实现并发编程时常用的一个线程安全的数据结构，它是一个有界的阻塞队列。在 `java.util.concurrent` 包下，`ArrayBlockingQueue` 继承自 `java.util.concurrent.BlockingQueue` 接口，并实现了 `java.util.Queue` 接口。下面我们将深入分析其主要的实现机制、方法以及源码。 1. **数据结构与容量** `ArrayBlockingQueue` 内部使用一个数组 `items` 来存储元素，因此它的容量在创建时就需要指定，且不可改变。这个容量限制确保了队列不会无限制地增长，从而避免内存溢出。 2. **线程安全** `ArrayBlockingQueue` 的操作是线程安全的，这主要得益于它内部使用了一个 `ReentrantLock`（可重入锁）。每次对队列进行插入或移除操作时，都需要先获取锁，操作完成后释放锁，保证了同一时刻只有一个线程可以访问队列。 3. **阻塞与非阻塞操作** - **非阻塞操作**： - `offer()`：尝试将元素添加到队列尾部。如果队列未满，成功插入后返回 `true`；如果队列已满，立即返回 `false`。 - `poll()`：尝试从队列头部移除并返回元素。如果队列非空，成功移除并返回元素；如果队列为空，立即返回 `null`。 - **阻塞操作**： - `put()`：将元素添加到队列尾部。如果队列已满，当前线程会被阻塞，直到其他线程调用 `take()` 或 `poll()` 释放空间。注意，`put()` 方法会抛出 `InterruptedException`，当线程被中断时需要处理中断状态。 - `take()`：从队列头部移除并返回元素。如果队列为空，当前线程会被阻塞，直到有其他线程插入元素。`take()` 方法同样会抛出 `InterruptedException`。 4. **等待条件** `ArrayBlockingQueue` 内部使用了两个等待条件变量 `notFull` 和 `notEmpty`，它们都是 `ReentrantLock` 的 `Condition` 对象。当队列满时，`put()` 操作会调用 `notFull.await()` 让当前线程等待，而 `take()` 或 `poll()` 操作会调用 `notEmpty.await()` 让线程等待。当其他线程执行相应的唤醒操作时（如 `notFull.signal()` 或 `notEmpty.signal()`），这些等待的线程将有机会重新获取锁并继续执行。 5. **公平性策略** `ArrayBlockingQueue` 可以选择公平策略或非公平策略。公平策略意味着等待最久的线程优先获得锁，而非公平策略则不保证等待顺序，可能会导致某些线程长时间等待。公平性可以通过构造函数参数设置，默认是非公平的，因为非公平策略通常具有更好的总体吞吐量。 6. **吞吐量与延迟** `ArrayBlockingQueue` 是一种高性能的并发队列实现，适合高吞吐量的场景，但相比于其他无界队列（如 `LinkedBlockingQueue`），它的延迟可能会更高。这是因为有界队列需要处理满和空的情况，可能需要线程等待。 7. **其他操作** 除了上述方法外，`ArrayBlockingQueue` 还提供了 `peek()`（查看但不移除队首元素）、`remainingCapacity()`（查询剩余容量）等方法，方便在并发环境中进行各种操作。 通过以上分析，我们可以看到 `ArrayBlockingQueue` 的核心在于其基于锁和条件变量的并发控制机制，以及有界的特性，这使得它成为一种高效且可控的并发数据结构，适用于生产者-消费者模型或其他需要同步和缓冲的场合。