ArrayBlockingQueue

• 底层基于数组实现，在对象创建时需要指定数组大小。在构建对象时，已经创建了数组。所以使用 Array 需要特别注意设定合适的队列大小，如果设置过大会造成内存浪费。如果设置内存太小，就会影响并发的性能。
• 功能上，其内部维护了两个索引指针 putIndex 和 takeIndex。putIndex 表示下次调用 offer 时存放元素的位置，takeIndex 表示的时下次调用 take 时获取的元素。

初始化

有三个构造函数，必须设定 队列的大小， 公平和非公平可选。默认情况下不保证线程公平的访问队列，所谓公平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，即先阻塞线程先访问队列。对于元素而言是FIFO的原则。

构造函数1

public ArrayBlockingQueue(int capacity) {
    this(capacity, false);  // 默认非公平
}

构造函数2

public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair) {
    if (capacity <= 0)
        throw new IllegalArgumentException();
    this.items = new Object[capacity];
    lock = new ReentrantLock(fair); // 存取用同一把锁
    notEmpty = lock.newCondition();
    notFull =  lock.newCondition();
}

构造函数3

设定从集合中初始化队列，

public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair,
                          Collection<? extends E> c) {
    this(capacity, fair);  // 初始化

    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lock(); // 加锁
    try {
        int i = 0;
        try {
            for (E e : c) {
                checkNotNull(e);  // 保证加入的元素不为空
                items[i++] = e;
            }
        } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException ex) {
            throw new IllegalArgumentException();
        }
        count = i;
        putIndex = (i == capacity) ? 0 : i;
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

添加元素

Offer 和 Add

add方法调用offer，如果添加失败，则抛出异常。

public boolean offer(E e) {
    checkNotNull(e);
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lock();  // 加锁
    try {
        if (count == items.length)  // 如果队列满了，添加失败
            return false;
        else {
            enqueue(e);
            return true;
        }
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

其中 enqueue 方法的如下：

private void enqueue(E x) {
    // assert lock.getHoldCount() == 1;
    // assert items[putIndex] == null;
    final Object[] items = this.items;
    items[putIndex] = x;   // 在putIndex位置存放元素
    if (++putIndex == items.length)  // 更新putindex位置
        putIndex = 0;
    count++;
    notEmpty.signal();  // 通知挂载在notEmpty上的线程，去消费。
}

Put方法

put()方法添加如果不成功则会阻塞。

public void put(E e) throws InterruptedException {
    checkNotNull(e);
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lockInterruptibly(); // 加可中断的锁
    try { 
        while (count == items.length)  // 如果队列满
            notFull.await();  // 释放锁，挂载到notFull条件的等待队列上
        enqueue(e);  // 入队列
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

还有另外一个offer方法，等待特定时间

public boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit)
    throws InterruptedException {

    checkNotNull(e);
    long nanos = unit.toNanos(timeout);
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lockInterruptibly();
    try {
        while (count == items.length) {
            if (nanos <= 0)
                return false;
            nanos = notFull.awaitNanos(nanos);  // 等待特定的纳秒直到超时，则唤醒该线程
        }
        enqueue(e);
        return true;
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

取出元素

poll()方法

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

其中dequeue方法具体如下：

private E dequeue() {
    // assert lock.getHoldCount() == 1;
    // assert items[takeIndex] != null;
    final Object[] items = this.items;
    @SuppressWarnings("unchecked")
    E x = (E) items[takeIndex];
    items[takeIndex] = null;  // 指定取出的位置元素为null
    if (++takeIndex == items.length)  // 取index更新
        takeIndex = 0;
    count--;
    if (itrs != null)  // 将所有迭代器中的该元素删除
        itrs.elementDequeued();
    notFull.signal();  // 通知挂在notFull上的等待线程取获取锁。
    return x;
}

take()方法

public E take() throws InterruptedException {
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lockInterruptibly();
    try {
        while (count == 0)  // 如果数量为空，则将线程挂载到notEmpty等待队列中
            notEmpty.await();
        return dequeue();
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

总结

对于阻塞队列通常提供的方法实现的语义：

方法/处理方式	抛出异常	返回特殊值	一直阻塞	超时退出
插入方法	add(e)	offer(e)	put(e)	offer(e,time,unit)
移除方法	remove()	poll()	take()	poll(time, unit)
检擦方法	element()	peek()	不可用	不可用