LinkedBlockingQueue线程安全

小蓝 • 2025-01-04 19:31 • 编程

一、LinkedBlockingQueue简介

LinkedBlockingQueue是Java中的一个阻塞队列实现，是一个线程安全的队列，它实现了BlockingQueue接口，可以用于多线程生产消费模型中。它使用链表结构存储元素，有容量限制，可以指定容量大小，也可以默认为无界。

二、LinkedBlockingQueue线程安全的原因

LinkedBlockingQueue线程安全的原因在于它使用了锁来保证并发的访问。当队列为空时，消费者线程想要从队列中获取元素时，将会挂起该线程，直到生产者线程往队列中插入元素。当队列满时，生产者线程想要往队列中插入元素时，将会挂起该线程，直到消费者线程从队列中取走元素。

LinkedBlockingQueue 通过 put 和 take 方法实现线程安全。当队列中的元素大小达到了指定的上限时，在进行 put 操作时会被阻塞住直到有空位可以进行插入；当队列中的元素为空时，在进行 take 操作时会被阻塞住直到有元素可以被取出。

三、LinkedBlockingQueue的常用方法

1. put(E e)：将元素插入队列的尾部，如果队列已满，当前线程将被阻塞。

public void put(E e) throws InterruptedException {
    if (e == null) throw new NullPointerException();
    // acquires fair synchronizer lock
    final ReentrantLock putLock = this.putLock;
    putLock.lockInterruptibly();
    try {
        // loops until not full
        while (count == capacity)
            notFull.await();
        // enqueue element at tail
        enqueue(new Node(e));
    } finally {
        putLock.unlock();
    }
}

2. take()：取出并返回队头元素，如果队列为空，当前线程将被阻塞。

public E take() throws InterruptedException {
    // acquires fair synchronizer lock
    final ReentrantLock takeLock = this.takeLock;
    takeLock.lockInterruptibly();
    try {
        // loops until non-empty
        while (count == 0)
            notEmpty.await();
        // dequeue element at head
        return dequeue();
    } finally {
        takeLock.unlock();
    }
}

3. offer(E e)：将元素插入队列的尾部，如果队列已满，则返回false。

public boolean offer(E e) {
    if (e == null) throw new NullPointerException();
    // common case fast return
    final AtomicInteger count = this.count;
    if (count.get() == capacity)
        return false;
    final int c;
    final AtomicInteger putIndex = this.putIndex;
    final ReentrantLock putLock = this.putLock;
    putLock.lock();
    try {
        if (count.get() == capacity)
            return false;
        enqueue(new Node(e)); //入队
        c = count.getAndIncrement();
        if (c + 1 < capacity)
            notFull.signal();
    } finally {
        putLock.unlock();
    }
    if (c == 0)
        signalNotEmpty();
    return true;
}

四、LinkedBlockingQueue的使用场景

LinkedBlockingQueue是一个非常实用的队列，特别是在多线程生产消费模型中，它能够缓解生产者与消费者之间的压力，实现线程安全。

它适用于以下的场景：

1. 生产者消费者模型：在多线程下，生产者线程生产数据放入队列中，消费者线程从队列中取出数据进行消费。

2. 数据缓存模型：在数据处理的过程中，将数据存储到队列中，待处理完成后再进行处理。

五、小结

本文介绍了LinkedBlockingQueue的线程安全机制，包括它的原理、常用方法以及使用场景。在多线程生产消费模型中，LinkedBlockingQueue能够实现线程安全，确保生产者线程与消费者线程之间的数据交互。

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