问题

（1）ArrayBlockingQueue的实现方式？

（2）ArrayBlockingQueue是否需要扩容？

（3）ArrayBlockingQueue有什么缺点？

简介

ArrayBlockingQueue是java并发包下一个以数组实现的阻塞队列，它是线程安全的，至于是否需要扩容，请看下面的分析。

队列

队列，是一种线性表，它的特点是先进先出，又叫FIFO，就像我们平常排队一样，先到先得，即先进入队列的人先出队。

源码分析

主要属性

// 使用数组存储元素

final Object[] items;

// 取元素的指针

int takeIndex;

// 放元素的指针

int putIndex;

// 元素数量

int count;

// 保证并发访问的锁

final ReentrantLock lock;

// 非空条件

private final Condition notEmpty;

// 非满条件

private final Condition notFull;

通过属性我们可以得出以下几个重要信息：

（1）利用数组存储元素；

（2）通过放指针和取指针来标记下一次操作的位置；

（3）利用重入锁来保证并发安全；

主要构造方法

public ArrayBlockingQueue(int capacity) {

    this(capacity, false);

}

public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair) {

    if (capacity <= 0)

        throw new IllegalArgumentException();

    // 初始化数组

    this.items = new Object[capacity];

    // 创建重入锁及两个条件

    lock = new ReentrantLock(fair);

    notEmpty = lock.newCondition();

    notFull =  lock.newCondition();

}

通过构造方法我们可以得出以下两个结论：

（1）ArrayBlockingQueue初始化时必须传入容量，也就是数组的大小；

（2）可以通过构造方法控制重入锁的类型是公平锁还是非公平锁；

入队

入队有四个方法，它们分别是add(E e)、offer(E e)、put(E e)、offer(E e, long timeout, TimeUnit unit)，它们有什么区别呢？

public boolean add(E e) {

    // 调用父类的add(e)方法

    return super.add(e);

}

// super.add(e)

public boolean add(E e) {

    // 调用offer(e)如果成功返回true，如果失败抛出异常

    if (offer(e))

        return true;

    else

        throw new IllegalStateException("Queue full");

}

public boolean offer(E e) {

    // 元素不可为空

    checkNotNull(e);

    final ReentrantLock lock = this.lock;

    // 加锁

    lock.lock();

    try {

        if (count == items.length)

            // 如果数组满了就返回false

            return false;

        else {

            // 如果数组没满就调用入队方法并返回true

            enqueue(e);

            return true;

        }

    } finally {

        // 解锁

        lock.unlock();

    }

}

public void put(E e) throws InterruptedException {

    checkNotNull(e);

    final ReentrantLock lock = this.lock;

    // 加锁，如果线程中断了抛出异常

    lock.lockInterruptibly();

    try {

        // 如果数组满了，使用notFull等待

        // notFull等待的意思是说现在队列满了

        // 只有取走一个元素后，队列才不满

        // 然后唤醒notFull，然后继续现在的逻辑

        // 这里之所以使用while而不是if

        // 是因为有可能多个线程阻塞在lock上

        // 即使唤醒了可能其它线程先一步修改了队列又变成满的了

        // 这时候需要再次等待

        while (count == items.length)

            notFull.await();

        // 入队

        enqueue(e);

    } finally {

        // 解锁

        lock.unlock();

    }

}

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

    throws InterruptedException {

    checkNotNull(e);

    long nanos = unit.toNanos(timeout);

    final ReentrantLock lock = this.lock;

    // 加锁

    lock.lockInterruptibly();

    try {

        // 如果数组满了，就阻塞nanos纳秒

        // 如果唤醒这个线程时依然没有空间且时间到了就返回false

        while (count == items.length) {

            if (nanos <= 0)

                return false;

            nanos = notFull.awaitNanos(nanos);

        }

        // 入队

        enqueue(e);

        return true;

    } finally {

        // 解锁

        lock.unlock();

    }

}

private void enqueue(E x) {

    final Object[] items = this.items;

    // 把元素直接放在放指针的位置上

    items[putIndex] = x;

    // 如果放指针到数组尽头了，就返回头部

    if (++putIndex == items.length)

        putIndex = 0;

    // 数量加1

    count++;

    // 唤醒notEmpty，因为入队了一个元素，所以肯定不为空了

    notEmpty.signal();

}

（1）add(e)时如果队列满了则抛出异常；

（2）offer(e)时如果队列满了则返回false；

（3）put(e)时如果队列满了则使用notFull等待；

（4）offer(e, timeout, unit)时如果队列满了则等待一段时间后如果队列依然满就返回false；

（5）利用放指针循环使用数组来存储元素；

出队

出队有四个方法，它们分别是remove()、poll()、take()、poll(long timeout, TimeUnit unit)，它们有什么区别呢？

public E remove() {

    // 调用poll()方法出队

    E x = poll();

    if (x != null)

        // 如果有元素出队就返回这个元素

        return x;

    else

        // 如果没有元素出队就抛出异常

        throw new NoSuchElementException();

}

public E poll() {

    final ReentrantLock lock = this.lock;

    // 加锁

    lock.lock();

    try {

        // 如果队列没有元素则返回null，否则出队

        return (count == 0) ? null : dequeue();

    } finally {

        lock.unlock();

    }

}

public E take() throws InterruptedException {

    final ReentrantLock lock = this.lock;

    // 加锁

    lock.lockInterruptibly();

    try {

        // 如果队列无元素，则阻塞等待在条件notEmpty上

        while (count == 0)

            notEmpty.await();

        // 有元素了再出队

        return dequeue();

    } finally {

        // 解锁

        lock.unlock();

    }

}

public E poll(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException {

    long nanos = unit.toNanos(timeout);

    final ReentrantLock lock = this.lock;

    // 加锁

    lock.lockInterruptibly();

    try {

        // 如果队列无元素，则阻塞等待nanos纳秒

        // 如果下一次这个线程获得了锁但队列依然无元素且已超时就返回null

        while (count == 0) {

            if (nanos <= 0)

                return null;

            nanos = notEmpty.awaitNanos(nanos);

        }

        return dequeue();

    } finally {

        lock.unlock();

    }

}

private E dequeue() {

    final Object[] items = this.items;

    @SuppressWarnings("unchecked")

    // 取取指针位置的元素

    E x = (E) items[takeIndex];

    // 把取指针位置设为null

    items[takeIndex] = null;

    // 取指针前移，如果数组到头了就返回数组前端循环利用

    if (++takeIndex == items.length)

        takeIndex = 0;

    // 元素数量减1

    count--;

    if (itrs != null)

        itrs.elementDequeued();

    // 唤醒notFull条件

    notFull.signal();

    return x;

}

（1）remove()时如果队列为空则抛出异常；

（2）poll()时如果队列为空则返回null；

（3）take()时如果队列为空则阻塞等待在条件notEmpty上；

（4）poll(timeout, unit)时如果队列为空则阻塞等待一段时间后如果还为空就返回null；

（5）利用取指针循环从数组中取元素；

总结

（1）ArrayBlockingQueue不需要扩容，因为是初始化时指定容量，并循环利用数组；

（2）ArrayBlockingQueue利用takeIndex和putIndex循环利用数组；

（3）入队和出队各定义了四组方法为满足不同的用途；

（4）利用重入锁和两个条件保证并发安全；

彩蛋

（1）论BlockingQueue中的那些方法？

BlockingQueue是所有阻塞队列的*接口，它里面定义了一批方法，它们有什么区别呢？

操作	抛出异常	返回特定值	阻塞	超时
入队	add(e)	offer(e)——false	put(e)	offer(e, timeout, unit)
出队	remove()	poll()——null	take()	poll(timeout, unit)
检查	element()	peek()——null	-	-

（2）ArrayBlockingQueue有哪些缺点呢？

a）队列长度固定且必须在初始化时指定，所以使用之前一定要慎重考虑好容量；

b）如果消费速度跟不上入队速度，则会导致提供者线程一直阻塞，且越阻塞越多，非常危险；

c）只使用了一个锁来控制入队出队，效率较低，那是不是可以借助分段的思想把入队出队分裂成两个锁呢？且听下回分解。

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