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31、【死磕Java并发】—–第三十篇J.U.C之阻塞队列:LinkedBlockingDeque

原文出处:http://cmsblogs.com/chenssy


前面的BlockingQueue都是单向的FIFO队列,而LinkedBlockingDeque则是一个由链表组成的双向阻塞队列,双向队列就意味着可以从对头、对尾两端插入和移除元素,同样意味着LinkedBlockingDeque支持FIFO、FILO两种操作方式。

LinkedBlockingDeque是可选容量的,在初始化时可以设置容量防止其过度膨胀,如果不设置,默认容量大小为Integer.MAX_VALUE。

LinkedBlockingDeque

LinkedBlockingDeque 继承AbstractQueue,实现接口BlockingDeque,而BlockingDeque又继承接口BlockingQueue,BlockingDeque是支持两个附加操作的 Queue,这两个操作是:获取元素时等待双端队列变为非空;存储元素时等待双端队列中的空间变得可用。这两类操作就为LinkedBlockingDeque 的双向操作Queue提供了可能。BlockingDeque接口提供了一系列的以First和Last结尾的方法,如addFirst、addLast、peekFirst、peekLast。

public class LinkedBlockingDeque<E>
    extends AbstractQueue<E>
    implements BlockingDeque<E>, java.io.Serializable {

    // 双向链表的表头
    transient Node<E> first;

    // 双向链表的表尾
    transient Node<E> last;

    // 大小,双向链表中当前节点个数
    private transient int count;

    // 容量,在创建LinkedBlockingDeque时指定的
    private final int capacity;

    final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    private final Condition notEmpty = lock.newCondition();

    private final Condition notFull = lock.newCondition();

}

通过上面的Lock可以看出,LinkedBlockingDeque底层实现机制与LinkedBlockingQueue一样,依然是通过互斥锁ReentrantLock 来实现,notEmpty 、notFull 两个Condition做协调生产者、消费者问题。

与其他BlockingQueue一样,节点还是使用内部类Node:

    static final class Node<E> {
        E item;

        Node<E> prev;

        Node<E> next;

        Node(E x) {
            item = x;
        }
    }

双向嘛,节点肯定得要有前驱prev、后继next咯。

基础方法

LinkedBlockingDeque 的add、put、offer、take、peek、poll系列方法都是通过调用XXXFirst,XXXLast方法。所以这里就仅以putFirst、putLast、pollFirst、pollLast分析下。

putFirst

putFirst(E e) :将指定的元素插入此双端队列的开头,必要时将一直等待可用空间。

    public void putFirst(E e) throws InterruptedException {
        // check null
        if (e == null) throw new NullPointerException();
        Node<E> node = new Node<E>(e);
        // 获取锁
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        try {
            while (!linkFirst(node))
                // 在notFull条件上等待,直到被唤醒或中断
                notFull.await();
        } finally {
            // 释放锁
            lock.unlock();
        }
    }

先获取锁,然后调用linkFirst方法入列,最后释放锁。如果队列是满的则在notFull上面等待。linkFirst设置Node为对头:

    private boolean linkFirst(Node<E> node) {
        // 超出容量
        if (count >= capacity)
            return false;

        // 首节点
        Node<E> f = first;
        // 新节点的next指向原first
        node.next = f;
        // 设置node为新的first
        first = node;

        // 没有尾节点,设置node为尾节点
        if (last == null)
            last = node;
        // 有尾节点,那就将之前first的pre指向新增node
        else
            f.prev = node;
        ++count;
        // 唤醒notEmpty
        notEmpty.signal();
        return true;
    }

linkFirst主要是设置node节点队列的列头节点,成功返回true,如果队列满了返回false。整个过程还是比较简单的。

putLast

putLast(E e) :将指定的元素插入此双端队列的末尾,必要时将一直等待可用空间。

    public void putLast(E e) throws InterruptedException {
        if (e == null) throw new NullPointerException();
        Node<E> node = new Node<E>(e);
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        try {
            while (!linkLast(node))
                notFull.await();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

调用linkLast将节点Node链接到队列尾部:

    private boolean linkLast(Node<E> node) {
        if (count >= capacity)
            return false;
        // 尾节点
        Node<E> l = last;

        // 将Node的前驱指向原本的last
        node.prev = l;

        // 将node设置为last
        last = node;
        // 首节点为null,则设置node为first
        if (first == null)
            first = node;
        else
        //非null,说明之前的last有值,就将之前的last的next指向node
            l.next = node;
        ++count;
        notEmpty.signal();
        return true;
    }

pollFirst

pollFirst():获取并移除此双端队列的第一个元素;如果此双端队列为空,则返回 null。

    public E pollFirst() {
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        try {
            return unlinkFirst();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

调用unlinkFirst移除队列首元素:

    private E unlinkFirst() {
        // 首节点
        Node<E> f = first;

        // 空队列,直接返回null
        if (f == null)
            return null;

        // first.next
        Node<E> n = f.next;

        // 节点item
        E item = f.item;

        // 移除掉first ==> first = first.next
        f.item = null;
        f.next = f; // help GC
        first = n;

        // 移除后为空队列,仅有一个节点
        if (n == null)
            last = null;
        else
        // n的pre原来指向之前的first,现在n变为first了,pre指向null
            n.prev = null;
        --count;
        notFull.signal();
        return item;
    }

pollLast

pollLast():获取并移除此双端队列的最后一个元素;如果此双端队列为空,则返回 null。

    public E pollLast() {
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        try {
            return unlinkLast();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

调用unlinkLast移除尾结点,链表空返回null :

    private E unlinkLast() {
        // assert lock.isHeldByCurrentThread();
        Node<E> l = last;
        if (l == null)
            return null;
        Node<E> p = l.prev;
        E item = l.item;
        l.item = null;
        l.prev = l; // help GC
        last = p;
        if (p == null)
            first = null;
        else
            p.next = null;
        --count;
        notFull.signal();
        return item;
    }

LinkedBlockingDeque大部分方法都是通过linkFirst、linkLast、unlinkFirst、unlinkLast这四个方法来实现的,因为是双向队列,所以他们都是针对first、last的操作,看懂这个整个LinkedBlockingDeque就不难了。

掌握了双向队列的插入、删除操作,LinkedBlockingDeque就没有任何难度可言了,数据结构的重要性啊!!!!

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