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Android并发学习之阻塞队列

简介

多线程环境中,通过队列可以很容易实现数据共享,比如经典的“生产者”和“消费者”模型中,通过队列可以很便利地实现两者之间的数据共享。假设我们有若干生产者线程,另外又有若干个消费者线程。如果生产者线程需要把准备好的数据共享给消费者线程,利用队列的方式来传递数据,就可以很方便地解决他们之间的数据共享问题。但如果生产者和消费者在某个时间段内,万一发生数据处理速度不匹配的情况呢?理想情况下,如果生产者产出数据的速度大于消费者消费的速度,并且当生产出来的数据累积到一定程度的时候,那么生产者必须暂停等待一下(阻塞生产者线程),以便等待消费者线程把累积的数据处理完毕,反之亦然。

BlockingQueue很好地解决了上述问题,BlockingQueue即阻塞队列,它是一个接口,它的实现类有ArrayBlockingQueue、DelayQueue、 LinkedBlockingDeque、LinkedBlockingQueue、PriorityBlockingQueue、SynchronousQueue等,它们的区别主要体现在存储结构上或对元素操作上的不同。

常用方法

public interface BlockingQueue<E> extends Queue<E> {

    //往队列尾部添加元素,如果BlockingQueue可以容纳,则返回true,否则抛出异常
    boolean add(E e);
    
   //移除元素,如果有这个元素则就回true,否则抛出异常 
    boolean remove(Object o);
     
    //往队列尾部添加元素,如果BlockingQueue可以容纳则返回true,否则返回false.
    //如果是往限定了长度的队列中设置值,推荐使用offer()方法。
    boolean offer(E e);
    
   //和上面的方法差不多,不过如果队列满了可以阻塞等待一段时间
    boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
    
    //取出头部对象,若不能立即取出,则可以等time参数规定的时间,取不到时返回null
    E poll(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException; 
    
     //往队列尾部添加元素,如果没有空间,则调用此方法的线程被阻塞直到有空间再继续.  
    void put(E e) throws InterruptedException;
    
    //取出头部对象,若BlockingQueue为空,阻断进入等待状态直到Blocking有新的对象被加入为止 
    E take() throws InterruptedException;
    
    //剩余容量,超出此容量,便无法无阻塞地添加元素
    int remainingCapacity();
    
    //判断队列中是否拥有该值。
    boolean contains(Object o);
    
    //一次性从BlockingQueue获取所有可用的数据对象,可以提升获取数据效率
    int drainTo(Collection<? super E> c);
    
     //和上面的方法差不多,不过限制了最大取出数量
    int drainTo(Collection<? super E> c, int maxElements);
    
}
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源码简析

我们以ArrayBlockingQueue为例分析下上述方法:

offer(E e)

public boolean offer(E e) {
        Objects.requireNonNull(e);
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        try {
            if (count == items.length)
                return false;
            else {
                enqueue(e);
                return true;
            }
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    
   private void enqueue(E x) {
        final Object[] items = this.items;
        items[putIndex] = x;
        if (++putIndex == items.length) putIndex = 0;
        count++;
        notEmpty.signal();
    }
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offer操作如上,代码比较简单,可见阻塞队列是通过可重入保证线程安全。enqueue方法也说明了ArrayBlockingQueue是通过数组的形式存储数据的。如果队列满了直接会返回false,不会阻塞线程。

put(E e)

public void put(E e) throws InterruptedException {
        Objects.requireNonNull(e);
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lockInterruptibly();
        try {
            while (count == items.length)//队列满了,一直阻塞在这里
                notFull.await();
            enqueue(e);
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

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因为put方法在队列已满的情况下会阻塞线程,take、poll等方法会调用dequeue方法出列,从而调用notFull.signal(),从而唤醒阻塞在put方法中线程去继续进行入列操作:

take()

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

从对头取出一个元素:如果数组不空,出队;如果数组已空且已经超时,返回null;如果数组已空则进入等待,直到被唤醒或超时:

public E poll(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
        long nanos = unit.toNanos(timeout);////将时间转换为纳秒
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lockInterruptibly();
        try {
            while (count == 0) {//队列为空
                if (nanos <= 0L)
                    return null;
                //阻塞指定时间,enqueue()方法会调用notEmpty.signal()唤醒进行poll操作的线程
                nanos = notEmpty.awaitNanos(nanos);
            }
            return dequeue();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
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参考文章和扩展阅读

虽然只讲了阻塞队列,但涉及了ReentrantLock、中断、Condition等知识点,如果不清楚的话可以看下下面的几篇文章:

blog.csdn.net/vernonzheng…

wsmajunfeng.iteye.com/blog/162935…

Lock锁和Condition条件

ava中Lock,tryLock,lockInterruptibly有什么区别?

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