一、前言
在完成Map下的并发集合后，现在来分析ArrayBlockingQueue，ArrayBlockingQueue可以用作一个阻塞型队列，支持多任务并发操作，有了之前看源码的积累，再看ArrayBlockingQueue源码会很容易，下面开始正文。
二、ArrayBlockingQueue数据结构
通过源码分析，并且可以对比ArrayList可知，ArrayBlockingQueue的底层数据结构是数组，数据结构如下
说明：ArrayBlockingQueue底层采用数据才存放数据，对数组的访问添加了锁的机制，使其能够支持多线程并发。
三、ArrayBlockingQueue源码分析
3.1 类的继承关系
public class ArrayBlockingQueue<E> extends AbstractQueue<E>
implements BlockingQueue<E>, java.io.Serializable {}
说明：可以看到ArrayBlockingQueue继承了AbstractQueue抽象类，AbstractQueue定义了对队列的基本操作；同时实现了BlockingQueue接口，BlockingQueue表示阻塞型的队列，其对队列的操作可能会抛出异常；同时也实现了Searializable接口，表示可以被序列化。
3.2 类的属性
public class ArrayBlockingQueue<E> extends AbstractQueue<E>
implements BlockingQueue<E>, java.io.Serializable {
// 版本序列号
private static final long serialVersionUID = -817911632652898426L;
// 存放实际元素的数组
final Object[] items;
// 取元素索引
int takeIndex;
// 获取元素索引
int putIndex;
// 队列中的项
int count;
// 可重入锁
final ReentrantLock lock;
// 等待获取条件
private final Condition notEmpty;
// 等待存放条件
private final Condition notFull;
// 迭代器
transient Itrs itrs = null;
}
说明：从类的属性中可以清楚的看到其底层的结构是Object类型的数组，取元素和存元素有不同的索引，有一个可重入锁ReentrantLock，两个条件Condition。对ReentrantLock和Condition不太熟悉的读者可以参考笔者的这篇博客，【JUC】JDK1.8源码分析之ReentrantLock（三）。
3.3 类的构造函数
1. ArrayBlockingQueue(int)型构造函数
public ArrayBlockingQueue(int capacity) {
// 调用两个参数的构造函数
this(capacity, false);
}
说明：该构造函数用于创建一个带有给定的（固定）容量和默认访问策略的 ArrayBlockingQueue。
2. ArrayBlockingQueue(int, boolean)型构造函数
public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair) {
// 初始容量必须大于0
if (capacity <= 0)
throw new IllegalArgumentException();
// 初始化数组
this.items = new Object[capacity];
// 初始化可重入锁
lock = new ReentrantLock(fair);
// 初始化等待条件
notEmpty = lock.newCondition();
notFull = lock.newCondition();
}
说明：该构造函数用于创建一个具有给定的（固定）容量和指定访问策略的 ArrayBlockingQueue。
3. ArrayBlockingQueue(int, boolean, Collection<? extends E>)型构造函数
public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair,
Collection<? extends E> c) {
// 调用两个参数的构造函数
this(capacity, fair);
// 可重入锁
final ReentrantLock lock = this.lock;
// 上锁
lock.lock(); // Lock only for visibility, not mutual exclusion
try {
int i = 0;
try {
for (E e : c) { // 遍历集合
// 检查元素是否为空
checkNotNull(e);
// 存入ArrayBlockingQueue中
items[i++] = e;
}
} catch (ArrayIndexOutOfBoundsException ex) { // 当初始化容量小于传入集合的大小时，会抛出异常
throw new IllegalArgumentException();
}
// 元素数量
count = i;
// 初始化存元素的索引
putIndex = (i == capacity) ? 0 : i;
} finally {
// 释放锁
lock.unlock();
}
}
说明：该构造函数用于创建一个具有给定的（固定）容量和指定访问策略的 ArrayBlockingQueue，它最初包含给定 collection 的元素，并以 collection 迭代器的遍历顺序添加元素。
3.4 核心函数分析
1. put函数
public void put(E e) throws InterruptedException {
checkNotNull(e);
// 获取可重入锁
final ReentrantLock lock = this.lock;
// 如果当前线程未被中断，则获取锁
lock.lockInterruptibly();
try {
while (count == items.length) // 判断元素是否已满
// 若满，则等待
notFull.await();
// 入队列
enqueue(e);
} finally {
// 释放锁
lock.unlock();
}
}
说明：put函数用于存放元素，在当前线程被中断时会抛出异常，并且当队列已经满时，会阻塞一直等待。其中，put会调用enqueue函数，enqueue函数源码如下
private void enqueue(E x) {
// assert lock.getHoldCount() == 1;
// assert items[putIndex] == null;
// 获取数组
final Object[] items = this.items;
// 将元素放入
items[putIndex] = x;
if (++putIndex == items.length) // 放入后存元素的索引等于数组长度（表示已满）
// 重置存索引为0
putIndex = 0;
// 元素数量加1
count++;
// 唤醒在notEmpty条件上等待的线程
notEmpty.signal();
}
说明：enqueue函数用于将元素存入底层Object数组中，并且会唤醒等待notEmpty条件的线程。
2. offer函数
public boolean offer(E e) {
// 检查元素不能为空
checkNotNull(e);
// 可重入锁
final ReentrantLock lock = this.lock;
// 获取锁
lock.lock();
try {
if (count == items.length) // 元素个数等于数组长度，则返回
return false;
else { // 添加进数组
enqueue(e);
return true;
}
} finally {
// 释放数组
lock.unlock();
}
}
说明：offer函数也用于存放元素，在调用ArrayBlockingQueue的add方法时，会间接的调用到offer函数，offer函数添加元素不会抛出异常，当底层Object数组已满时，则返回false，否则，会调用enqueue函数，将元素存入底层Object数组。并唤醒等待notEmpty条件的线程。
3. take函数
public E take() throws InterruptedException {
// 可重入锁
final ReentrantLock lock = this.lock;
// 如果当前线程未被中断，则获取锁，中断会抛出异常
lock.lockInterruptibly();
try {
while (count == 0) // 元素数量为0，即Object数组为空
// 则等待notEmpty条件
notEmpty.await();
// 出队列
return dequeue();
} finally {
// 释放锁
lock.unlock();
}
}
说明：take函数用于从ArrayBlockingQueue中获取一个元素，其与put函数相对应，在当前线程被中断时会抛出异常，并且当队列为空时，会阻塞一直等待。其中，take会调用dequeue函数，dequeue函数源码如下
private E dequeue() {
// assert lock.getHoldCount() == 1;
// assert items[takeIndex] != null;
final Object[] items = this.items;
@SuppressWarnings("unchecked")
// 取元素
E x = (E) items[takeIndex];
// 该索引的值赋值为null
items[takeIndex] = null;
// 取值索引等于数组长度
if (++takeIndex == items.length)
// 重新赋值取值索引
takeIndex = 0;
// 元素个数减1
count--;
if (itrs != null)
itrs.elementDequeued();
// 唤醒在notFull条件上等待的线程
notFull.signal();
return x;
}
说明：dequeue函数用于将取元素，并且会唤醒等待notFull条件的线程。
4. poll函数
public E poll() {
// 重入锁
final ReentrantLock lock = this.lock;
// 获取锁
lock.lock();
try {
// 若元素个数为0则返回null，否则，调用dequeue，出队列
return (count == 0) ? null : dequeue();
} finally {
// 释放锁
lock.unlock();
}
}
说明：poll函数用于获取元素，其与offer函数相对应，不会抛出异常，当元素个数为0是，返回null，否则，调用dequeue函数，并唤醒等待notFull条件的线程。并返回。
5. clear函数
public void clear() {
// 数组
final Object[] items = this.items;
// 可重入锁
final ReentrantLock lock = this.lock;
// 获取锁
lock.lock();
try {
// 保存元素个数
int k = count;
if (k > 0) { // 元素个数大于0
// 存数元素索引
final int putIndex = this.putIndex;
// 取元素索引
int i = takeIndex;
do {
// 赋值为null
items[i] = null;
if (++i == items.length) // 重新赋值i
i = 0;
} while (i != putIndex);
// 重新赋值取元素索引
takeIndex = putIndex;
// 元素个数为0
count = 0;
if (itrs != null)
itrs.queueIsEmpty();
for (; k > 0 && lock.hasWaiters(notFull); k--) // 若有等待notFull条件的线程，则逐一唤醒
notFull.signal();
}
} finally {
// 释放锁
lock.unlock();
}
}
说明：clear函数用于清空ArrayBlockingQueue，并且会释放所有等待notFull条件的线程（存放元素的线程）。
四、示例
下面给出一个具体的示例来演示ArrayBlockingQueue的使用
package com.hust.grid.leesf.collections;
import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
class PutThread extends Thread {
private ArrayBlockingQueue<Integer> abq;
public PutThread(ArrayBlockingQueue<Integer> abq) {
this.abq = abq;
}
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
try {
System.out.println("put " + i);
abq.put(i);
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
class GetThread extends Thread {
private ArrayBlockingQueue<Integer> abq;
public GetThread(ArrayBlockingQueue<Integer> abq) {
this.abq = abq;
}
public void run() {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
try {
System.out.println("take " + abq.take());
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
public class ArrayBlockingQueueDemo {
public static void main(String[] args) {
ArrayBlockingQueue<Integer> abq = new ArrayBlockingQueue<Integer>(10);
PutThread p1 = new PutThread(abq);
GetThread g1 = new GetThread(abq);
p1.start();
g1.start();
}
}
运行结果：
put 0 take 0 put 1 take 1 put 2 take 2 put 3 take 3 put 4 take 4 put 5 take 5 put 6 take 6 put 7 take 7 put 8 take 8 put 9 take 9
说明：示例中使用了两个线程，一个用于存元素，一个用于读元素，存和读各10次，每个线程存一个元素或者读一个元素后都会休眠100ms，可以看到结果是交替打印，并且首先打印的肯定是put线程语句（因为若取线程先取元素，此时队列并没有元素，其会阻塞，等待存线程存入元素），并且最终程序可以正常结束。
① 若修改取元素线程，将存的元素的次数修改为15次（for循环的结束条件改为15即可），运行结果如下：
put 0 take 0 put 1 take 1 put 2 take 2 put 3 take 3 put 4 take 4 put 5 take 5 put 6 take 6 put 7 take 7 put 8 take 8 put 9 take 9
说明：运行结果与上面的运行结果相同，但是，此时程序无法正常结束，因为take方法被阻塞了，等待被唤醒。
五、总结
总的来说，有了前面分析的基础，分析ArrayBlockingQueue就会非常的简单，ArrayBlockingQueue是通过ReentrantLock和Condition条件来保证多线程的正确访问的。ArrayBockingQueue的分析就到这里，欢迎交流，谢谢各位园友的观看~
来源：https://www.cnblogs.com/leesf456/p/5533770.html