同時パケット ブロック キューの ArrayBlockingQueue

前のセクションでは、ノンブロッキング キュー

ConcurrentLinkedQueue のエンキューとデキューを説明しました。同時実行パッケージが実行されました 簡単な分析、この記事では、同時実行パッケージのブロッキング キューについて簡単に分析します。 Java

同時実行パッケージには合計

7のブロックキューがあり、もちろんそれらはすべてスレッドセーフです。

ArrayBlockingQueue

: 配列構造で構成される境界付きブロッキングキュー。

LinkedBlockingQueue

: リンクされたリスト構造で構成される有界ブロッキングキュー。

PriorityBlockingQueue

: 優先順位の並べ替えをサポートする無制限のブロッキングキュー。

DealyQueue

: 優先キューを使用して実装された無制限のブロッキングキュー。

SynchronousQueue

: 要素を格納しないブロッキングキュー。

LinkedTransferQueue

: リンクリスト構造で構成される無制限のブロッキングキュー。

LinkedBlockingDeque

: リンクリスト構造で構成される双方向ブロッキングキュー。 (『

Java

The Art of Concurrent Programming』より抜粋)

この記事では、ArrayBlockingQueueブロッキングキューについて簡単に分析します

ArrayLinkedQueueについては、過去を振り返るとReentrantLockによって安全性が保証されていますReentrantLockの解析については『5.Lockインターフェースとその実装』を参照してください。リエントラントロック

」でも以下に適宜言及しておきます。

まずコンストラクターを見てみましょう:

 1 public ArrayBlockingQueue(int capacity) { 
 2 　　this(capacity, false);//默认构造非公平锁的阻塞队列  3 } 
 4 public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair) { 
 5 　　if (capacity <= 0)  
 6 　　　　throw new IllegalArgumentException(); 
 7 　　this.items = new Object[capacity]; 
 8 　　lock = new ReentrantLock(fair);//初始化ReentrantLock重入锁，出队入队拥有这同一个锁  9 　　notEmpty = lock.newCondition;//初始化非空等待队列，有关Condition可参考《6.类似Object监视器方法的Condition接口》10 　　notFull = lock.newCondition;//初始化非满等待队列 11 } 
12 public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair, Collecation<? extends E> c) { 
13 　　this(capacity, fair); 
14 　　final ReentrantLock lock = this.lock; 
15 　　lock.lock();//注意在这个地方需要获得锁，这为什么需要获取锁的操作呢？ 16 　　try { 
17 　　　　int i = 0; 
18 　　　　try { 
19 　　　　　　for (E e : c) { 
20 　　　　　　　　checkNotNull(e); 
21 　　　　　　　　item[i++] = e;//将集合添加进数组构成的队列中 22 　　　　　　} 
23 　　　　} catch (ArrayIndexOutOfBoundsException ex) { 
24 　　　　　　throw new IllegalArgumentException(); 
25 　　　　} 
26 　　　　count = i;//队列中的实际数据数量 27 　　　　putIndex = (i == capacity) ? 0 : i; 
28 　　} finally { 
29 　　　　lock.unlock(); 
30 　　} 
31 }</span></span></span></span></span></span></span></span></span></p></div>
<div class="OutlineElement Ltr SCX196234819">
<p class="Paragraph SCX196234819"><span class="TextRun SCX196234819"> 15 行目<span class="TextRun SCX196234819"><span class="TextRun SCX196234819"> には、ソース コードに次のコメントがあります: <span class="TextRun SCX196234819"> 相互排他ではなく、可視性のみをロックします<span class="TextRun SCX196234819">。この文の意味は、このロックの操作が相互排除操作ではなく、その可視性を確保するためであることを示しています。 Thread<span class="TextRun SCX196234819">t1<span class="TextRun SCX196234819">はインスタンス化されたArrayblockingQueue<span class="TextRun SCX196234819">オブジェクトであり、<span class="TextRun SCX196234819">t2<span class="SpellingError SCX196234819">はインスタンス化された<span class="TextRun SCX196234819"><span class="TextRun SCX196234819">rayblockingQueue<span class="TextRun SCX196234819">オブジェクトのエンキュー操作です（もちろん、<span class="TextRun SCX196234819">t1<span class="SpellingError SCX196234819">および<span class="TextRun SCX196234819">t2<span class="TextRun SCX196234819">の実行順序は保証する必要があります）。実行されません。 ロック操作 (ロックにより可視性が保証されます。つまり、メインメモリに書き戻されます)。<span class="TextRun SCX196234819">T1<span class="TextRun SCX196234819"> のコレクション <span class="TextRun SCX196234819">c<span class="TextRun SCX196234819"> は、<span class="TextRun SCX196234819">T1<span class="TextRun SCX196234819"> スレッドによって維持されるキャッシュ内にのみ存在でき、書き戻されません。 <span class="TextRun SCX196234819"> でインスタンス化された <span class="TextRun SCX196234819"><span class="TextRun SCX196234819">ArrayBlockingQueue<span class="TextRun SCX196234819"> によって維持されるキャッシュとメイン メモリにはコレクション <span class="TextRun SCX196234819">c<span class="TextRun SCX196234819"> がありません。このとき、可視性によりデータの不整合が発生し、スレッド セーフティの問題 <span class="SpellingError SCX196234819"> が発生します。 <span class="TextRun SCX196234819"><span class="TextRun SCX196234819"><span class="TextRun SCX196234819"><span class="TextRun SCX196234819"><span class="EOP SCX196234819"></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span> </span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></p> 以下は </div> の出力の一部です<div class="OutlineElement Ltr SCX196234819">ArrayBlockingQueue<p class="Paragraph SCX196234819"> チームエントリー操作。 <span class="TextRun SCX196234819"><span class="TextRun SCX196234819"><span class="SpellingError SCX196234819"><span class="TextRun SCX196234819"></span></span></span></span></p>
<h2 class="Paragraph SCX196234819"><strong><span class="TextRun SCX196234819"><span class="TextRun SCX196234819">キュー<span class="SpellingError SCX196234819"><span class="TextRun SCX196234819">要素の挿入<span class="TextRun SCX37794459"><span class="NormalTextRun SCX37794459"><span class="TextRun SCX37794459"><span class="NormalTextRun SCX37794459"><span class="TextRun SCX37794459"><span class="NormalTextRun SCX37794459"></span></span></span></span></span></span></span> </span></span></span></strong></h2>
<table class="Table TableWordWrap SCX104568718" border="1">
<tbody class="SCX104568718">
<tr class="TableRow SCX104568718">
<td class="SCX104568718"><div class="TableCellContent TableCellSelected SCX104568718">
<div class="OutlineElement Ltr SCX104568718"><p class="Paragraph SCX104568718"><span class="TextRun SCX104568718"><span class="EOP SCX104568718"></span></span></p></div> </div></td>
<td class="SCX104568718">例外をスローします<div class="TableCellContent TableCellSelected SCX104568718"><div class="OutlineElement Ltr SCX104568718"><p class="Paragraph SCX104568718"><span class="TextRun SCX104568718"><span class="EOP SCX104568718"></span></span></p></div></div>
</td>
<td class="SCX104568718">戻り値(非ブロッキング)<div class="TableCellContent TableCellSelected SCX104568718"><div class="OutlineElement Ltr SCX104568718"><p class="Paragraph SCX104568718"><span class="TextRun SCX104568718"><span class="EOP SCX104568718"></span></span></p></div></div>
</td>
<td class="SCX104568718">ある時刻の戻り値<div class="TableCellContent TableCellSelected SCX104568718">
<div class="OutlineElement Ltr SCX104568718">
<p class="Paragraph SCX104568718"><span class="TextRun SCX104568718"><span class="EOP SCX104568718"></span></span></p> </div> </div>
</td>
<td class="SCX104568718">戻り値(ブロック)<div class="TableCellContent TableCellSelected SCX104568718"><div class="OutlineElement Ltr SCX104568718"><p class="Paragraph SCX104568718"><span class="TextRun SCX104568718"><span class="EOP SCX104568718"></span></span></p></div></div>
</td>
</tr>
<tr class="TableRow SCX104568718">
<td class="SCX104568718"><div class="TableCellContent TableCellSelected SCX104568718"><div class="OutlineElement Ltr SCX104568718"><p class="Paragraph SCX104568718"><span class="TextRun SCX104568718">Insert<span class="EOP SCX104568718"></span></span></p></div></div></td>
<td class="SCX104568718"><div class="TableCellContent TableCellSelected SCX104568718"><div class="OutlineElement Ltr SCX104568718"><p class="Paragraph SCX104568718"><span class="TextRun SCX104568718">add(e)//キューがいっぱいでない場合はtrueを返し、キューがいっぱいの場合は<span class="TextRun SCX104568718">IllegalStateExceptionをスローします。 <span class="TextRun SCX104568718">(「キュー」 full" )Exception ——<span class="TextRun SCX104568718"><span class="SpellingError SCX104568718">AbstractQueue<span class="EOP SCX104568718"></span></span></span></span></span></span></p></div></div></td>
<td class="SCX104568718"><div class="TableCellContent TableCellSelected SCX104568718"><div class="OutlineElement Ltr SCX104568718"><p class="Paragraph SCX104568718"><span class="TextRun SCX104568718">offer(e)//キューがいっぱいでない場合はtrueを返し、キューがいっぱいの場合はfalseを返します。ノンブロッキングはすぐに戻ります。 <span class="EOP SCX104568718"> </span></span></p></div></div></td>
<td class="SCX104568718"><div class="TableCellContent TableCellSelected SCX104568718"><div class="OutlineElement Ltr SCX104568718"><p class="Paragraph SCX104568718">offer(e, time,unit)// 指定された時間内にデータをキューに挿入できない場合は、 false を返します。成功すると true が返されます。 <span class="TextRun SCX104568718"> <span class="EOP SCX104568718"></span></span></p></div></div></td>
<td class="SCX104568718"><div class="TableCellContent TableCellSelected SCX104568718"><div class="OutlineElement Ltr SCX104568718"><p class="Paragraph SCX104568718">put(e)//キューがいっぱいでない場合、直接挿入の戻り値はなく、キューがいっぱいになるまでブロックして待機します。再度挿入する前にいっぱいにしてください。 <span class="TextRun SCX104568718"><span class="EOP SCX104568718"></span></span></p></div></div></td>
</tr>
</tbody>
<div class="cnblogs_code"><pre class="brush:php;toolbar:false">//ArrayBlockingQueue#add public boolean add(E e) { 
　　return super.add(e); 
}

//AbstractQueue#add，这是一个模板方法，只定义add入队算法骨架，成功时返回true，失败时抛出IllegalStateException异常，具体offer实现交给子类实现。 public boolean add(E e) { 
　　if (offer(e))//offer方法由Queue接口定义 　　　　return true; 
　　else 　　　　throw new IllegalStateException(); 
}

//ArrayBlockingQueue#offer，队列未满时返回true，满时返回false public boolean offer(E e) { 
　　checkNotNull(e);//检查入队元素是否为空 　　final ReentrantLock lock = this.lock; 
　　lock.lock();//获得锁，线程安全 　　try { 
　　　　if (count == items.length)//队列满时，不阻塞等待，直接返回false 　　　　　　return false; 
　　　　else { 
　　　　　　insert(e);//队列未满，直接插入 　　　　　　return true; 
　　　　} 
　　} finally {
　　　　lock.unlock();
　　}
}

//ArrayBlockingQueue#insert private void insert(E e) { 
　　items[putIndex] = x; 
　　putIndex = inc(putIndex); 
　　++count; 
　　notEmpty.signal();//唤醒非空等待队列中的线程，有关Condition可参考《6.类似Object监视器方法的Condition接口》

 }

　　在这里有几个ArrayBlockingQueue成员变量。items即队列的数组引用，putIndex表示等待插入的数组下标位置。当items[putIndex] = x将新元素插入队列中后，调用inc将数组下标向后移动，如果队列满则将putIndex置为0:

//ArrayBlockingQueue#inc private int inc(int i) { 
　　return (++i == items.length) ? 0 : i; 
}

　　接着解析下put方法，阻塞插入队列，当队列满时不会返回false，也不会抛出异常，而是一直阻塞等待，直到有空位可插入，但它可被中断返回。

//ArrayBlockingQueue#put public void put(E e) throws InterruptedException { 
　　checkNotNull(e);//同样检查插入元素是否为空 　　final ReentrantLock lock = this.lock; 
　　lock.lockInterruptibly();//这里并没有调用lock方法，而是调用了可被中断的lockInterruptibly，该方法可被线程中断返回，lock不能被中断返回。 　　try { 
　　　　while (count == items.length) 
　　　　　　notFull.await();//当队列满时，使非满等待队列休眠 　　　　insert(e);//此时表示队列非满，故插入元素，同时在该方法里唤醒非空等待队列 　　} finally { 
　　　　lock.unlock(); 
　　} 
}

队列元素的删除 

構築メソッド
パブリック ArrayBlockingQueue(int容量)	指定されたサイズの有界キューを構築します
public ArrayBlockingQueue(intcapacity, booleanfair)	の有界キューを構築します指定されたサイズ、公平または不公平なロックとして指定します
public ArrayBlockingQueue(intcapacity booleanfair 、コレクション	指定されたサイズの有界キューを構築、公平または不公平なロックとして指定、追加するように指定コレクション

抛出异常	返回值（非阻塞）	一定时间内返回值	返回值（阻塞）
remove()//队列不为空时，返回队首值并移除；队列为空时抛出NoSuchElementException()异常——AbstractQueue	poll()//队列不为空时返回队首值并移除；队列为空时返回null。非阻塞立即返回。	poll(time, unit)//设定等待的时间，如果在指定时间内队列还未孔则返回null，不为空则返回队首值	take(e)//队列不为空返回队首值并移除；当队列为空时会阻塞等待，一直等到队列不为空时再返回队首值。

//AbstractQueue#remove，这也是一个模板方法，定义删除队列元素的算法骨架，队列中元素时返回具体元素，元素为空时抛出异常，具体实现poll由子类实现， public E remove() { 
　　E x = poll();//poll方法由Queue接口定义 　　if (x != null) 
　　　　return x; 
　　else 　　　　throw new NoSuchElementException(); 
}

//ArrayBlockingQueue#poll，队列中有元素时返回元素，不为空时返回null public E poll() { 
　　final ReentrantLock lock = this.lock; 
　　lock.lock(); 
　　try { 
　　　　return (count == 0) ? null : extract(); 
　　} finally { 
　　　　lock.unlock(); 
　　} 
}

//ArrayBlockingQueue#extract private E extract() { 
　　final Object[] items = this.items; 
　　E x = this.<E>cast(items[takeIndex]);//移除队首元素 　　items[takeIndex] = null;//将队列数组中的第一个元素置为null，便于GC回收 　　takeIndex = inc(takeIndex); 
　　--count; 
　　notFull.signal();//唤醒非满等待队列线程 　　return x; 
}

　　对比add和offer方法，理解了上两个方法后remove和poll实际不难理解，同理在理解了put阻塞插入队列后，对比take阻塞删除队列元素同样也很好理解。

//ArrayBlockQueue#take public E take() throws InterruptedException { 
　　final ReentrantLock lock = this.lock(); 
　　lock.lockInterrupted();//这里并没有调用lock方法，而是调用了可被中断的lockInterruptibly，该方法可被线程中断返回，lock不能被中断返回。 　　try { 
　　　　while (count == 0)//队列元素为空 　　　　　　notEmpty.await();//非空等待队列休眠 　　　　return extract();//此时表示队列非空，故删除元素，同时在里唤醒非满等待队列 　　} finally { 
　　　　lock.unlock(); 
　　} 
}

　　最后一个方法size。

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

　　可以看到ArrayBlockingQueue队列的size方法，是直接返回的count变量，它不像ConcurrentLinkedQueue，ConcurrentLinkedQueue的size则是每次会遍历这个队列，故ArrayBlockingQueue的size方法比ConcurrentLinkedQueue的size方法效率高。而且ConcurrentLinkedQueue的size方法并没有加锁！也就是说很有可能其size并不准确，这在它的注释中说明了ConcurrentLinkedQueue的size并没有多大的用处。