并发编程之ArrayBlockingQueue原理

黑洞代码

发布于 2021-03-18 21:26:29

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发布于 2021-03-18 21:26:29

概述

ArrayBlockingQueue 是 BlockingQueue 接口的有界队列实现类，底层采用数组来实现。ArrayBlockingQueue 一旦创建，容量不能改变。其并发控制采用可重入锁来控制，不管是插入操作还是读取操作，都需要获取到锁才能进行操作。当队列容量满时，尝试将元素放入队列将导致操作阻塞;尝试从一个空队列中取一个元素也会同样阻塞。

ArrayBlockingQueue 默认情况下不能保证线程访问队列的公平性，所谓公平性是指严格按照线程等待的绝对时间顺序，即最先等待的线程能够最先访问到 ArrayBlockingQueue。而非公平性则是指访问 ArrayBlockingQueue 的顺序不是遵守严格的时间顺序，有可能存在，当 ArrayBlockingQueue 可以被访问时，长时间阻塞的线程依然无法访问到 ArrayBlockingQueue。如果保证公平性，通常会降低吞吐量。

ArrayBlockingQueue是数组实现的线程安全的有界的阻塞队列，可以按照 FIFO（先进先出）原则对元素进行排序。

线程安全是指，ArrayBlockingQueue内部通过“互斥锁”保护竞争资源，实现了多线程对竞争资源的互斥访问。而有界，则是指ArrayBlockingQueue对应的数组是有界限的。阻塞队列，是指多线程访问竞争资源时，当竞争资源已被某线程获取时，其它要获取该资源的线程需要阻塞等待；所谓公平的访问队列是指阻塞的线程，可以按照阻塞的先后顺序访问队列，先阻塞的线程先访问ArrayBlockingQueue队列。非公平性是对先等待的线程是非公平的，当队列可用时，阻塞的线程都可以争夺访问队列的资格，有可能先阻塞的线程最后才能够访问队列。然而为了保证公平性，通常会降低吞吐量。

原理

ArrayBlockingQueue内部结构

1.ArrayBlockingQueue：基于数组实现的一个阻塞队列，在创建ArrayBlockingQueue对象时必须制定容量大小。并且可以指定公平性与非公平性，默认情况下为非公平的，即不保证等待时间最长的队列最优先能够访问队列。

2.ArrayBlockingQueue内部通过Object[]数组保存数据的，也就是说ArrayBlockingQueue本质上是通过数组实现的。ArrayBlockingQueue的大小，即数组的容量是在创建创建ArrayBlockingQueue时候指定的。

3.如上图所示，ArrayBlockingQueue和ReentrantLock是组合关系，ArrayBlockingQueue中包含一个ReentrantLock对象。ReentrantLock是可重入的互斥锁。ArrayBlockingQueue就是根据ReentrantLock互斥锁实现"多线程对共享资源的访问"。ReentrantLock分为公平锁和非公平锁，关于具体使用公平锁还是非公平锁，在创建ArrayBlockingQueue时可以指定；而且，ArrayBlockingQueue默认会使用非公平锁。

4.ArrayBlockingQueue和Condition是组合关系，ArrayBlockingQueue中包含两个Condition对象(notEmpty和notFull)。使用通知模式实现:所谓通知模式，当生产者往满的队列里面添加元素的时候，会阻塞生产者（调用Condition notFull.await()进行等待）；当消费者消费了一个队列中的元素后，会通知（调用Condition notFull.signal()唤醒生产者)生产者当前队列可用。反之，当消费者消费的时候，发现队列是空的，则消费者会被阻塞（通过Condition的 notEmpty.await()进行等待），当生产者插入了队列中的一个元素后，则会调用notEmpty.signal()唤醒消费者继续消费。