java.util.concurrent系列之--LinkedBlockingQueue

1、LinkedBlockingQueue介绍

LinkedBlockingQueue是一个单向链表实现的阻塞队列。该队列按 FIFO（先进先出）排序元素，新元素插

入到队列的尾部，而且队列获取操做会得到位于队列头部的元素。连接队列的吞吐量一般要高于基于数组的

队列，可是在大多数并发应用程序中，其可预知的性能要低。

此外，LinkedBlockingQueue仍是可选容量的(防止过分膨胀)，便可以指定队列的容量。若是不指定，默认

容量大小等于Integer.MAX_VALUE。

2、LinkedBlockingQueue原理和数据结构

LinkedBlockingQueue的数据结构，以下图所示：

说明：

1. LinkedBlockingQueue继承于AbstractQueue，它本质上是一个FIFO(先进先出)的队列。

2. LinkedBlockingQueue实现了BlockingQueue接口，它支持多线程并发。当多线程竞争同一个资源

时，某线程获取到该资源以后，其它线程须要阻塞等待。

3. LinkedBlockingQueue是经过单链表实现的。

(01) head是链表的表头。取出数据时，都是从表头head处插入。

(02) last是链表的表尾。新增数据时，都是从表尾last处插入。

(03) count是链表的实际大小，即当前链表中包含的节点个数。

(04) capacity是列表的容量，它是在建立链表时指定的。

(05) putLock是插入锁，takeLock是取出锁；notEmpty是“非空条件”，notFull是“未满条件”。经过它们

对链表进行并发控制。

LinkedBlockingQueue在实现“多线程对竞争资源的互斥访问”时，对于“插入”和“取出(删除)”操做分别使用了

不一样的锁。对于插入操做，经过“插入锁putLock”进行同步；对于取出操做，经过“取出锁takeLock”进行同

步。

此外，插入锁putLock和“非满条件notFull”相关联，取出锁takeLock和“非空条件notEmpty”相关联。通

过notFull和notEmpty更细腻的控制锁。

4. 注

若某线程(线程A)要取出数据时，队列正好为空，则该线程会执行notEmpty.await()进行等待；当其它某个线

程(线程B)向队列中插入了数据以后，会调用notEmpty.signal()唤醒“notEmpty上的等待线程”。此时，线程A

会被唤醒从而得以继续运行。 此外，线程A在执行取操做前，会获取takeLock，在取操做执行完毕再释放

takeLock。

若某线程(线程H)要插入数据时，队列已满，则该线程会它执行notFull.await()进行等待；当其它某个线程(线

程I)取出数据以后，会调用notFull.signal()唤醒“notFull上的等待线程”。此时，线程H就会被唤醒从而得以继

续运行。 此外，线程H在执行插入操做前，会获取putLock，在插入操做执行完毕才释放putLock。

3、LinkedBlockingQueue函数列表

// 建立一个容量为 Integer.MAX_VALUE 的 LinkedBlockingQueue。
LinkedBlockingQueue()

// 建立一个容量是 Integer.MAX_VALUE 的 LinkedBlockingQueue，最初包含给定 collection 的元素，元素按该 collection 迭代器的遍历顺序添加。
LinkedBlockingQueue(Collection<? extends E> c)

// 建立一个具备给定（固定）容量的 LinkedBlockingQueue。
LinkedBlockingQueue(int capacity)

// 从队列完全移除全部元素。
void clear()

// 移除此队列中全部可用的元素，并将它们添加到给定 collection 中。
int drainTo(Collection<? super E> c)

// 最多今后队列中移除给定数量的可用元素，并将这些元素添加到给定 collection 中。
int drainTo(Collection<? super E> c, int maxElements)

// 返回在队列中的元素上按适当顺序进行迭代的迭代器。
Iterator<E> iterator()

// 将指定元素插入到此队列的尾部（若是当即可行且不会超出此队列的容量），在成功时返回 true，若是此队列已满，则返回 false。
boolean offer(E e)

// 将指定元素插入到此队列的尾部，若有必要，则等待指定的时间以使空间变得可用。
boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit)

// 获取但不移除此队列的头；若是此队列为空，则返回 null。
E peek()

// 获取并移除此队列的头，若是此队列为空，则返回 null。
E poll()

// 获取并移除此队列的头部，在指定的等待时间前等待可用的元素（若是有必要）。
E poll(long timeout, TimeUnit unit)

// 将指定元素插入到此队列的尾部，若有必要，则等待空间变得可用。
void put(E e)

// 返回理想状况下（没有内存和资源约束）此队列可接受而且不会被阻塞的附加元素数量。
int remainingCapacity()

// 今后队列移除指定元素的单个实例（若是存在）。
boolean remove(Object o)

// 返回队列中的元素个数。
int size()

// 获取并移除此队列的头部，在元素变得可用以前一直等待（若是有必要）。
E take()

// 返回按适当顺序包含此队列中全部元素的数组。
Object[] toArray()

// 返回按适当顺序包含此队列中全部元素的数组；返回数组的运行时类型是指定数组的运行时类型。
<T> T[] toArray(T[] a)

// 返回此 collection 的字符串表示形式。
String toString()

4、LinkedBlockingQueue示例

import java.util.*;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;

/*
*   LinkedBlockingQueue是“线程安全”的队列，而LinkedList是非线程安全的。
*
*   下面是“多个线程同时操做而且遍历queue”的示例
 *   (01) 当queue是LinkedBlockingQueue对象时，程序能正常运行。
*   (02) 当queue是LinkedList对象时，程序会产生ConcurrentModificationException异常。
*
* @author skywang
*/
public class LinkedBlockingQueueDemo {

    // TODO: queue是LinkedList对象时，程序会出错。
    //private static Queue<String> queue = new LinkedList<String>();
    private static Queue<String> queue = new LinkedBlockingQueue<String>();

    public static void main(String[] args) {

        // 同时启动两个线程对queue进行操做！
        new MyThread("ta").start();
        new MyThread("tb").start();
    }

    private static void printAll() {
        String value;
        Iterator iter = queue.iterator();
        while (iter.hasNext()) {
            value = (String) iter.next();
            System.out.print(value + ", ");
        }
        System.out.println();
    }

    private static class MyThread extends Thread {
        MyThread(String name) {
            super(name);
        }

        @Override
        public void run() {
            int i = 0;
            while (i++ < 6) {
                // “线程名” + "-" + "序号"
                String val = Thread.currentThread().getName() + i;
                queue.add(val);
                // 经过“Iterator”遍历queue。
                printAll();
            }
        }
    }
}

运行某一次结果：

ta1, ta1, tb1, 
ta1, tb1, tb2, 
tb1, 
ta1, tb1, tb2, tb3, ta2, 
ta1, tb1, tb2, tb3, ta2, ta1, ta3, tb1, tb2, tb3, ta2, ta3, 
ta1, tb1, tb2, tb3, ta2, ta3, tb4, 
ta1, tb1, tb2, tb3, ta2, ta3, tb4, tb5, 
ta1, tb1, tb2, tb3, ta2, ta3, tb4, tb5, tb6, 

ta1, tb1, tb2, tb3, ta2, ta3, tb4, tb5, tb6, ta4, 
ta1, tb1, tb2, tb3, ta2, ta3, tb4, tb5, tb6, ta4, ta5, 
ta1, tb1, tb2, tb3, ta2, ta3, tb4, tb5, tb6, ta4, ta5, ta6,

结果说明

示例程序中，启动两个线程(线程ta和线程tb)分别对LinkedBlockingQueue进行操做。以线程ta而言，它会

先获取“线程名”+“序号”，而后将该字符串添加到LinkedBlockingQueue中；接着，遍历并输出

LinkedBlockingQueue中的所有元素。 线程tb的操做和线程ta同样，只不过线程tb的名字和线程ta的名字不

同。当queue是LinkedBlockingQueue对象时，程序能正常运行。若是将queue改成LinkedList时，程序会

产生ConcurrentModificationException异常

5、转载文章

http://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3503458.html