JDK 1.8 ArrayBlockingQueue源码解读(不含迭代器)

全局变量

    /** The queued items */
    //存放元素的数组
    final Object[] items;

    /** items index for next take, poll, peek or remove */
    //下次拿元素的下标 take, poll, peek or remove中使用
    int takeIndex;

    /** items index for next put, offer, or add */
    //下次放元素的下标 put, offer, or add中使用
    int putIndex;

    /** Number of elements in the queue */
    //队列元素总数
    int count;
    /*
     * Concurrency control uses the classic two-condition algorithm
     * found in any textbook.
     */
    /** Main lock guarding all access */
    //队列锁
    final ReentrantLock lock;

    /** Condition for waiting takes */
    //非空条件
    private final Condition notEmpty;

    /** Condition for waiting puts */
    //非满条件
    private final Condition notFull;

    /**
     * Shared state for currently active iterators, or null if there
     * are known not to be any.  Allows queue operations to update
     * iterator state.
     */
    //迭代器
    transient Itrs itrs = null

构造函数

//初始化容量限额和默认非公平锁
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();
    }

构造函数

//初始化容量限额和默认非公平锁,和将Collection中插入ArrayBlockingQueue中
 public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair,
                              Collection<? extends E> c) {
        this(capacity, fair);
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock(); // Lock only for visibility, not mutual exclusion
        try {
            int i = 0;
            try {
                for (E e : c) {
                    checkNotNull(e);//元素非空,否则NullPointerException
                    items[i++] = e;
                }
            //如果Collection.size() > capacity会报下标越界
            } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException ex) {
                throw new IllegalArgumentException();
            }
            count = i;
            putIndex = (i == capacity) ? 0 : i;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

dec循环减一

    //如果i是0则当前数组长度减1,否则i减1
   final int dec(int i) {
        return ((i == 0) ? items.length : i) - 1;
    }

itemAt返回指定下标元素

     final E itemAt(int i) {
        return (E) items[i];
    }

enqueue插入元素

private void enqueue(E x) {
        // assert lock.getHoldCount() == 1;
        //当前线程只获取一次锁
        // assert items[putIndex] == null;
        //下标takeIndex所在的元素为空
        final Object[] items = this.items;
        //插入元素
        items[putIndex] = x;
        //如果数组已经满了,则下次插入到数组首位
        if (++putIndex == items.length)
            putIndex = 0;
        count++;
        notEmpty.signal();
    }

dequeue取出元素

private E dequeue() {
        // assert lock.getHoldCount() == 1;
        //当前线程只获取一次锁
        // assert items[takeIndex] != null;
        //下标takeIndex所在的元素不为空
        final Object[] items = this.items;
        @SuppressWarnings("unchecked")
        //取出元素
        E x = (E) items[takeIndex];
        //置空
        items[takeIndex] = null;
        //当前数组取元素已经至数组尾,则下次从头再取
        if (++takeIndex == items.length)
            takeIndex = 0;
        count--;
        //迭代器相关,后面补
        if (itrs != null)
            itrs.elementDequeued();
        //通知notFull await的线程进行取元素
        notFull.signal();
        return x;
    }

removeAt移除指定下标元素

/**
     * Deletes item at array index removeIndex.
     * Utility for remove(Object) and iterator.remove.
     * Call only when holding lock.
     */
    void removeAt(final int removeIndex) {
        // assert lock.getHoldCount() == 1;
        //当前线程仅持锁1次,即并无重入
        // assert items[removeIndex] != null;
        //下标removeIndex的元素不能为空
        // assert removeIndex >= 0 && removeIndex < items.length;
        //下标removeIndex不能越界
        //获取当前列表
        final Object[] items = this.items;
        //待移除下标等于待取元素下标
        if (removeIndex == takeIndex) {
            // removing front item; just advance
            //直接置空
            items[takeIndex] = null;
            //当前数组取元素已经至数组尾,则下次从头再取
            if (++takeIndex == items.length)
                takeIndex = 0;
            count--;//数组长度减一
            if (itrs != null)
                itrs.elementDequeued();
        } else {
            // an "interior" remove
            //否则,这是个内部移除
            // slide over all others up through putIndex.
            //通过putIndex偏移所有元素
            final int putIndex = this.putIndex;
            //开始迭代
            for (int i = removeIndex;;) {
                int next = i + 1;
                //如果迭代至尾,则从头再来
                if (next == items.length)
                    next = 0;
                //下个操作下标不等于待插入下标
                if (next != putIndex) {
                //则next元素向左移一位
                    items[i] = items[next];
                    //备份最新removeIndex为i
                    i = next;
                } else {
                    ////下个操作下标等于待插入下标,即i(removeIndex)置空
                    items[i] = null;
                    this.putIndex = i;//下次插入元素下标为i(removeIndex),跳出循环
                    break;
                }
            }
            count--;//数组长度减一
            if (itrs != null)
                itrs.removedAt(removeIndex);
        }
        notFull.signal();
    }

add直接添加元素,失败则抛异常高

//
public boolean add(E e) {
        return super.add(e);
        //super.add(e);如下,如果插入失败则抛异常提示数组已满
    /*
         public boolean add(E e) {
        if (offer(e))
            return true;
        else
            throw new IllegalStateException("Queue full");
    }
    */

    }

offer添加元素(直接返回结果)

//
public boolean offer(E e) {
        checkNotNull(e);//元素必须非空
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        try {
            //已满则直接返回false
            if (count == items.length)
                return false;
            else {
                //否则执行插入
                enqueue(e);
                return true;
            }
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

put添加元素(可中断)

/**
    public void put(E e) throws InterruptedException {
        checkNotNull(e);//插入元素非空
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lockInterruptibly();
        try {
            //已满则等待并释放锁
            while (count == items.length)
                notFull.await();
            enqueue(e);//插入元素
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

offer添加元素(带时间限制,可中断)

public boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException {
        checkNotNull(e);//必须非空
        long nanos = unit.toNanos(timeout);
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lockInterruptibly();
        try {
            //如果容量已满则等待
            while (count == items.length) {
                if (nanos <= 0)
                    return false;
                nanos = notFull.awaitNanos(nanos);
            }
            enqueue(e);
            return true;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

offer添加元素(带时间限制,可中断)

public boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException {
        checkNotNull(e);//必须非空
        long nanos = unit.toNanos(timeout);
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lockInterruptibly();//等待获取锁,可中断
        try {
            //如果容量已满则等待
            while (count == items.length) {
                if (nanos <= 0)
                    return false;
                nanos = notFull.awaitNanos(nanos);
            }
            enqueue(e);//插入
            return true;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

poll取元素(会一直等待)

 public E poll() {
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        try {
            return (count == 0) ? null : dequeue();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

take取元素(会一直等待,可中断,无元素则一直等待)

public E take() throws InterruptedException {
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lockInterruptibly();
        try {
            while (count == 0)
                notEmpty.await();
            return dequeue();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

poll取元素(取锁会一直等待(可中断),取锁后无元素会限时等待)

public E poll(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
        long nanos = unit.toNanos(timeout);
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lockInterruptibly();
        try {
            while (count == 0) {
                if (nanos <= 0)
                    return null;
                nanos = notEmpty.awaitNanos(nanos);
            }
            return dequeue();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

peek取元素(取锁会一直等待,如果队列为空则返回null)

  public E peek() {
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        try {
            return itemAt(takeIndex); // null when queue is empty
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

获取size(取锁会一直等待)

public int size() {
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        try {
            return count;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

remainingCapacity获取剩余容量(取锁会一直等待)

 public int remainingCapacity() {
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        try {
            return items.length - count;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

remove移除元素(锁一直等待)

public boolean remove(Object o) {
        //null元素直接返回
        if (o == null) return false;
        final Object[] items = this.items;
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();//锁一直等待
        try {
            if (count > 0) {
                //获取放下标putIndex
                final int putIndex = this.putIndex;
                int i = takeIndex;
                do {
                    //如果获取下标是此元素则直接移除并返回结果
                    if (o.equals(items[i])) {
                        removeAt(i);
                        return true;
                    }
                    //否则i加1,然后判断是否达至队列尾,是则重头再来
                    if (++i == items.length)
                        i = 0;
                } while (i != putIndex);//迭代条件为取下标takeIndex不等于putIndex
            }
            return false;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

contains是否包含此元素

  public boolean contains(Object o) {
        //非空约束
        if (o == null) return false;
        //备份数组(为什么不是先等到lock,在再备份?)
        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 {
                    //从取下标开始迭代
                    if (o.equals(items[i]))
                        return true;
                    //达到数组尾则从头再来
                    if (++i == items.length)
                        i = 0;
                    //取下标等于放下标时,表示数组已经迭代完成
                } while (i != putIndex);
            }
            return false;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

toArray,ArrayBlockingQueue转数组

  public Object[] toArray() {
        Object[] a;
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        try {
            final int count = this.count;
            a = new Object[count];
            int n = items.length - takeIndex;
            //ArrayBlockingQueue表示取下标在数组中间
            /*null null null 3 4 5 null null null
             *null 1 2 3 4
             *null null 2 3 4 5
             */
            if (count <= n)
                //从takeIndex拷贝count位数然后复制到a数组中(a是从头开始复制至count)
                System.arraycopy(items, takeIndex, a, 0, count);
            else {
                //表示取下标为0
                //0 null null null 4 5
                System.arraycopy(items, takeIndex, a, 0, n);
                System.arraycopy(items, 0, a, n, count - n);
            }
        } finally {
            lock.unlock();
        }
        return a;
    }

toArray,ArrayBlockingQueue转数组

 public <T> T[] toArray(T[] a) {
        final Object[] items = this.items;
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        try {
            final int count = this.count;
            final int len = a.length;
            //参数数组a长度比ArrayBlockingQueue断则扩容
            if (len < count)
                a = (T[])java.lang.reflect.Array.newInstance(
                    a.getClass().getComponentType(), count);
            int n = items.length - takeIndex;
            //ArrayBlockingQueue表示取下标在数组中间
            /*null null null 3 4 5 null null null
             *null 1 2 3 4
             *null null 2 3 4 5
             */
            if (count <= n)
            //从takeIndex拷贝count位数然后复制到a数组中(a是从头开始复制至count)
                System.arraycopy(items, takeIndex, a, 0, count);
            else {
                //表示取下标为0
                //0 null null null 4 5
                System.arraycopy(items, takeIndex, a, 0, n);
                System.arraycopy(items, 0, a, n, count - n);
            }
            if (len > count)
                //参数数组a下标null置空,然后count+1以后的就不管了?
                a[count] = null;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
        return a;
    }

toString

public String toString() {
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        try {
            //空数组返回[]
            int k = count;
            if (k == 0)
                return "[]";

            final Object[] items = this.items;
            StringBuilder sb = new StringBuilder();
            sb.append('[');
            for (int i = takeIndex; ; ) {
                Object e = items[i];
                sb.append(e == this ? "(this Collection)" : e);
                //迭代结束,直接返回
                if (--k == 0)
                    return sb.append(']').toString();
                sb.append(',').append(' ');
                //到数组尾则从头再来
                if (++i == items.length)
                    i = 0;
            }
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

clear清空ArrayBlockingQueue

public void clear() {
        final Object[] items = this.items;
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        try {
            int k = count;
            //ArrayBlockingQueue非空
            if (k > 0) {
                final int putIndex = this.putIndex;
                int i = takeIndex;
                //从取下标开始迭代
                do {
                    items[i] = null;
                    //达到数组尾则从来再来
                    if (++i == items.length)
                        i = 0;
                //putIndex == takeIndex 表示数组已经遍历完
                } while (i != putIndex);
                takeIndex = putIndex;
                count = 0;
                if (itrs != null)
                    itrs.queueIsEmpty();
                //ArrayBlockingQueue非空并且有待插入的线程等待中,则通知
                for (; k > 0 && lock.hasWaiters(notFull); k--)
                    notFull.signal();
            }
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

ArrayBlockingQueue元素迁移至Collection

public int drainTo(Collection<? super E> c, int maxElements){
        //Collection非空,且不是本身
        checkNotNull(c);
        if (c == this)
            throw new IllegalArgumentException();
        //maxElements再多迁移对象不能小于0
        if (maxElements <= 0)
            return 0;
        //
        final Object[] items = this.items;
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        try {
            //maxElements,count两者取小
            int n = Math.min(maxElements, count);
            int take = takeIndex;
            int i = 0;
            try {
                while (i < n) {
                    @SuppressWarnings("unchecked")
                    //从takeIndex开始取元素
                    E x = (E) items[take];
                    c.add(x);
                    //添加完以后置空
                    items[take] = null;
                    //取下标自增一位,若果已达至数组尾则从头再取
                    if (++take == items.length)
                        take = 0;
                    i++;
                }
                return n;
            } finally {
                // Restore invariants even if c.add() threw
                //i>0证明有取过元素
                if (i > 0) {
                    //从新统计ArrayBlockingQueue总数
                    count -= i;
                    //更新取下标
                    takeIndex = take;
                    if (itrs != null) {
                        if (count == 0)
                            itrs.queueIsEmpty();
                        else if (i > take)
                            itrs.takeIndexWrapped();
                    }
                    //ArrayBlockingQueue非空并且有待插入的线程等待中,则通知
                    for (; i > 0 && lock.hasWaiters(notFull); i--)
                        notFull.signal();
                }
            }
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
时间: 2024-09-24 00:49:03

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