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java并发面试常识之LinkedBlockingQueue

谈到ArrayBlockingQueue的特色就是循环队列，然后一把锁，2个条件，完成了功能。本来以为LinkedBlockingQueue也是这样的，结果和预期不一样，LinkedBlockingQueue利用了链表的特点，使用了两把锁，两个条件来控制。是一个锁分离的应用，下面就说说，他的实现，以及为什么ArrayBlockingQueue就不适合锁分离。 主要成员变量 private final ReentrantLock takeLock = new ReentrantLock(); private final Condition notEmpty = takeLock.newCondition(); private final ReentrantLock putLock = new ReentrantLock(); private final Condition notFull = putLock.newCondition(); private final AtomicInteger count = new AtomicInteger(); 除了两个锁，两个条件外，我这里专门列举了计数器。这个计数器很重要，重要到锁分离要依赖他才能正常运行。 锁分离 使用双锁分离就得注意一点，那就是防止线程夯死。生产线程要唤醒生产线程，消费线程也要唤醒生产线程，消费线程唤醒消费线程，消费线程也要唤醒生产线程。 public void put(E e) throws InterruptedException { if (e == null) throw new NullPointerException(); //唤醒标记 int c = -1; Node<E> node = new Node<E>(e); final ReentrantLock putLock = this.putLock; final AtomicInteger count = this.count; putLock.lockInterruptibly(); try { while (count.get() == capacity) { //阻塞生产线程 notFull.await(); } enqueue(node); c = count.getAndIncrement(); if (c + 1 < capacity) //唤醒生产线程 notFull.signal(); } finally { putLock.unlock(); } //唤醒消费线程 if (c == 0) signalNotEmpty(); } 生产线程唤醒消费线程 基于上面的介绍，我们来看代码，唤醒标记就是为了生产唤醒消费的，因为可能出现消费线程全部都已经等待了，此时生产线程运作，但是消费线程并不能自己唤醒自己，于是就有了signalNotEmpty()的操作。这里的c是getAndIncrement的值，就是获取计数之前的值。c==0的满足条件就有1个元素，在这种情况下才去唤醒消费线程。 生产线程唤醒生产线程 在获取锁后，如果发现容量达到上限，就阻塞了，等待被唤醒，如果可以加入，就执行enqueue方法，是个很简单的链表添加节点的方法。就是在原来last节点后加节点，然后更新last节点。 private void enqueue(Node<E> node) { last = last.next = node; } 在计数器自增后，判断唤醒标记，如果还能继续生产，就去唤醒生产线程。 消费的方案思想和生产类似，这里就不说代码了。 删除 public boolean remove(Object o) { if (o == null) return false; fullyLock(); try { for (Node<E> trail = head, p = trail.next; p != null; trail = p, p = p.next) { if (o.equals(p.item)) { unlink(p, trail); return true; } } return false; } finally { fullyUnlock(); } } 删除代码相对比较简单，主要是要获取两把锁，才能进行删除操作就是fullyLock()和fullyUnlock()，删除掉元素后，还要唤醒生产线程。 void unlink(Node<E> p, Node<E> trail) { p.item = null; trail.next = p.next; if (last == p) last = trail; if (count.getAndDecrement() == capacity) notFull.signal(); } ArrayBlockingQueue为何不适合锁分离 这个主要是循环队列的原因，主要是数组和链表不同，链表队列的添加和头部的删除，都是只和一个节点相关，添加只往后加就可以，删除只从头部去掉就好。为了防止head和tail相互影响出现问题，这里就需要原子性的计数器，头部要移除，首先得看计数器是否大于0，每个添加操作，都是先加入队列，然后计数器加1，这样保证了，队列在移除的时候，长度是大于等于计数器的，通过原子性的计数器，双锁才能互不干扰。数组的一个问题就是位置的选择没有办法原子化，因为位置会循环，走到最后一个位置后就返回到第一个位置，这样的操作无法原子化，所以只能是加锁来解决。 适用场景 LinkedBlockingQueue的优点是锁分离，那就很适合生产和消费频率差不多的场景，这样生产和消费互不干涉的执行，能达到不错的效率，尽量不使用remove操作，获取两把锁的效率更低，可以使用size方法（就是计数器直接返回），这个还是比较重要的，有些集合不适合使用size，例如ConcurrentLinkedQueue，正确应该使用isEmpty()。
2018-06-14
优秀的个人博客,低调大师

java并发面试常识之ArrayBlockingQueue

ArrayBlockingQueue是常用的线程集合，在线程池中也常常被当做任务队列来使用。使用频率特别高。他是维护的是一个循环队列（基于数组实现），循环结构在数据结构中比较常见，但是在源码实现中还是比较少见的。 线程安全的实现 线程安全队列，基本是离不开锁的。ArrayBlockingQueue使用的是ReentrantLock，配合两种Condition，实现了集合的线程安全操作。这里稍微说一个好习惯，下面是成员变量的声明。 private static final long serialVersionUID = -817911632652898426L; final Object[] items; int takeIndex; int putIndex; int count; final ReentrantLock lock; private final Condition notEmpty; private final Condition notFull; transient Itrs itrs = null; 赋值的操作基本都是在构造函数里做的。这样有个好处，代码执行可控。成员变量的初始化也是会合并在构造方法里执行的，但是在执行顺序上需要好好斟酌，如果写在构造方法里初始化，则没有相关问题。 阻塞队列的常用场所就是生产者消费者。一般都是生产者放入，消费者从头取数据。下面重点说这两个操作。 这两个操作都是依靠锁来保证线程安全的。 生产操作 public void put(E e) throws InterruptedException { checkNotNull(e); final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lockInterruptibly(); try { while (count == items.length) notFull.await(); enqueue(e); } finally { lock.unlock(); } } put等放入操作，首先是获取锁，如果发现数据满了，就通过notFull的condition，来阻塞线程。这里的条件判定一定是用while而不是if，多线程情况下，可以被唤醒后发现又满了。 private void enqueue(E x) { final Object[] items = this.items; items[putIndex] = x; if (++putIndex == items.length) putIndex = 0; count++; notEmpty.signal(); } 这个是入队列的操作。首先获取维护的数组。putindex就是放入操作的标志。这个操作会一直加。达到预定的长度后就变成0从头开始计数。这样插入的操作就是一个循环的操作了，count就是用来做计数的，作为能否插入数据的一个标准，插入数据后就通过notEmpty的condition发出一个信号唤醒消费线程。 消费操作 public E take() throws InterruptedException { final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lockInterruptibly(); try { while (count == 0) notEmpty.await(); return dequeue(); } finally { lock.unlock(); } } 消费的方法也是这样。先获取锁，然后进行条件判断，如果没有数据，则阻塞线程。注意点和put一样。 private E dequeue() { final Object[] items = this.items; @SuppressWarnings("unchecked") E x = (E) items[takeIndex]; items[takeIndex] = null; if (++takeIndex == items.length) takeIndex = 0; count--; if (itrs != null) itrs.elementDequeued(); notFull.signal(); return x; } 取数据的时候，也依靠takeIndex，这是一个标志，这个数值也会一直增加，表示取的第一个数据的位置。如果这个标志走到最后，然后变成0，从头再来。这样保证取出的数据都是fifo的顺序。删除的时候如果发现迭代中，则会修改迭代器的遍历。然后通过notFull的condition来唤醒生产线程。 移除操作 public boolean remove(Object o) { if (o == null) return false; final Object[] items = this.items; final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lock(); try { if (count > 0) { final int putIndex = this.putIndex; int i = takeIndex; do { if (o.equals(items[i])) { removeAt(i); return true; } if (++i == items.length) i = 0; } while (i != putIndex); } return false; } finally { lock.unlock(); } } 对于remove操作就比较麻烦了，首先获取锁之后，把两个标志位本地化，然后找到要删除的元素的位置。调用removeAt，这里删除需要对标志位做改变。 void removeAt(final int removeIndex) { final Object[] items = this.items; if (removeIndex == takeIndex) { items[takeIndex] = null; if (++takeIndex == items.length) takeIndex = 0; count--; if (itrs != null) itrs.elementDequeued(); } else { final int putIndex = this.putIndex; for (int i = removeIndex;;) { int next = i + 1; if (next == items.length) next = 0; if (next != putIndex) { items[i] = items[next]; i = next; } else { items[i] = null; this.putIndex = i; break; } } count--; if (itrs != null) itrs.removedAt(removeIndex); } notFull.signal(); } 如果删除的元素是位置和takeindex一样。那就可以直接删除，然后让删除标志位向后移动。如果不是，则从删除的位置开始，进行后面向前面的数据覆盖的操作。直到遇到putindex的前一个位置。然后把那个位置的数据设置为null。并且把putindex的位置往前移动一格，正在迭代的时候要删除数据并且唤醒生产线程。
2018-06-11

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