jdk11源码--LinkedBlockingQueue源码分析
概述
上一篇介绍了jdk11源码--ArrayBlockingQueue源码分析,接下来看一下LinkedBlockingQueue的实现。
这两个阻塞队列最大的区别就是底层元素存储实现不同，ArrayBlockingQueue是基于==数组==，而LinkedBlockingQueue是基于==单向链表==。
LinkedBlockingQueue类图如下：
LinkedBlockingQueue也是==FIFO==先进先出队列，其实现是 ==双锁队列two lock queue== 算法的变体，它内部维护了一个takeLock和一个putLock，也可以理解为读写锁的一种实现方式。
==思想：锁分离，提高性能。==
下面结合源码具体分析。
构造方法
网上有的说LinkedBlockingQueue是无界队列，其实不太准确，具体看下面的源码。
下面两个构造方法，一个是有参数的，设置容量大小。这是有界队列。
一个是无参数的构造方法，其内部实现是设置容量大小为Integer.MAX_VALUE的队列，这就是网络上说的无界队列，其实还是有界的，只不过比较大，是Integer.MAX_VALUE。
public LinkedBlockingQueue() {
this(Integer.MAX_VALUE);
}
public LinkedBlockingQueue(int capacity) {
if (capacity <= 0) throw new IllegalArgumentException();
this.capacity = capacity;
last = head = new Node<E>(null);//初始化一个头结点
}链表节点数据结构
上面说了，LinkedBlockingQueue是单向链表，那么我们看一下他的数据结构，只有一个next指针，典型的单向链表结构：
static class Node<E> {
E item;
Node<E> next;
Node(E x) { item = x; }
}关键属性
/** 队列容量 */
private final int capacity;
/** 当前队列的元素数量 */
private final AtomicInteger count = new AtomicInteger();
/**
* 链表的头结点
* 注意：head.item 永远是 null
*/
transient Node<E> head;
/**
* 链表的尾结点
* 注意： last.next 永远是 null
*/
private transient Node<E> last;
/** 读锁： take, poll方法使用 */
private final ReentrantLock takeLock = new ReentrantLock();
/** 读锁的condition */
private final Condition notEmpty = takeLock.newCondition();
/** 写锁： put, offer 方法使用 */
private final ReentrantLock putLock = new ReentrantLock();
/** 写锁的condition */
private final Condition notFull = putLock.newCondition();count ：由于LinkedBlockingQueue使用了两个锁，为了支持线程安全，所以使用原子性的AtomicInteger 来统计队列元素的个数。注意这里count的计数不包含head节点。
put
添加元素至队尾
public void put(E e) throws InterruptedException {
if (e == null) throw new NullPointerException();
final int c;
final Node<E> node = new Node<E>(e);
final ReentrantLock putLock = this.putLock;
final AtomicInteger count = this.count;
putLock.lockInterruptibly();//加写锁，支持中断
try {
//如果队列满了，则当前线程阻塞：添加到condition队列中。
//这里count是线程安全的
while (count.get() == capacity) {
notFull.await();
}
enqueue(node);//队列不满，写入队尾
c = count.getAndIncrement();
if (c + 1 < capacity)//元素入队后，还有剩余空间，就唤醒notFull这个condition队列的第一个线程
notFull.signal();
} finally {
putLock.unlock();
}
if (c == 0)//注意这里c是添加元素前的队列长度（getAndIncrement方法先返回值，再将其加1），
signalNotEmpty();//原队列长度为0，空的，当前put方法添加了一个元素入队，立马唤醒等待在notEmpty condition的 线程来取数据
}
private void signalNotEmpty() {
final ReentrantLock takeLock = this.takeLock;
takeLock.lock();
try {
notEmpty.signal();//notEmpty是读锁takeLock 的condition队列
} finally {
takeLock.unlock();
}
}
//添加元素至队尾
//enqueue是在写锁内部的，是线程安全的
private void enqueue(Node<E> node) {
last = last.next = node;
}这里来看一下if (c + 1 < capacity) notFull.signal();这行代码，为什么这么写。
原因肯定离不开多线程以及condition的原理。c + 1 < capacity是来判断是否还有剩余空间，当有剩余空间的时候，就唤醒notFull这个condition队列中等待的第一个节点。首先因为是多线程的，所以可能会有多个线程阻塞在notfull上。可能有人会问，前面不是加了putLock的锁吗，这里只能有一个线程进入啊？提出这个疑问的同学请看博主文章jdk11源码--ReentrantLock之Condition源码分析。这里简单说一下：一个线程执行了notFull.await()阻塞后，该线程添加到condition队列中，释放锁，其他线程就可以继续获取锁执行了。
当然，这里每次put，空间不满时，都去唤醒一下，确实有肯能会有部分（甚至是大部分）signal操作，这是使用双锁策略及condition的代价，不过这是值得的。
last = last.next = node;再讲一下这句。其实分解一下等价于：
last.next = node;
last = node;take
从对头取元素
public E take() throws InterruptedException {
final E x;
final int c;
final AtomicInteger count = this.count;
final ReentrantLock takeLock = this.takeLock;
takeLock.lockInterruptibly();//加锁，支持中断
try {
while (count.get() == 0) {//如果队列为空，则当前线程阻塞在notEmpty condition上
notEmpty.await();
}
x = dequeue();//取走队首元素
c = count.getAndDecrement();//获取旧的count数量，然后对其减1
if (c > 1)
notEmpty.signal();//如果队列中还有值，那么唤醒阻塞在notEmpty condition的线程。
} finally {
takeLock.unlock();
}
if (c == capacity)//之前队列满的
signalNotFull();//之前队列满的，那么这里取走了一个，队列有空位子了，马上唤醒notFull condition的一个线程，让其竞争锁put数据
return x;
}
//返回head节点后面的第一个节点的数据
//并且将head后移一位，老head准备gc回收
private E dequeue() {
Node<E> h = head;
Node<E> first = h.next;
h.next = h; // 辅助GC （为什么不在下面将head设置为null？感觉这里next引用自己，对外也没有引用了，是可以被回收的，效果差不多）
head = first;
E x = first.item;
first.item = null;
return x;
}
private void signalNotFull() {
final ReentrantLock putLock = this.putLock;
putLock.lock();
try {
notFull.signal();
} finally {
putLock.unlock();
}
}总结
两把锁，各配一个condition：
- takeLock 和 notEmpty 搭配：先获取 takeLock 锁，才能到链表中获取链表第一个节点的数据。如果此时队列为空，则当前线程加入notEmpty 这个condition队列阻塞。
- putLock 需要和 notFull 搭配：先获取 putLock 锁，才能到链表中插入（put）一个元素到链尾。如果此时队列满，则当前线程加入notFull 这个condition队列阻塞。
唤醒notFull这个condition队列上的线程有两种情况：
- put、offer每次入队后，还有剩余空间
- take、poll前队列是满的，那么take走一个后，就唤醒
唤醒notEmpty这个condition队列上的线程有两种情况：
- take、poll每次取走元素后，队列中不为空
- put、offer前队列是空的，那么put进来一个元素后，就唤醒
