LinkedBlockingQueue線程安全

一、LinkedBlockingQueue簡介

LinkedBlockingQueue是Java中的一個阻塞隊列實現，是一個線程安全的隊列，它實現了BlockingQueue接口，可以用於多線程生產消費模型中。它使用鏈表結構存儲元素，有容量限制，可以指定容量大小，也可以默認為無界。

二、LinkedBlockingQueue線程安全的原因

LinkedBlockingQueue線程安全的原因在於它使用了鎖來保證並發的訪問。當隊列為空時，消費者線程想要從隊列中獲取元素時，將會掛起該線程，直到生產者線程往隊列中插入元素。當隊列滿時，生產者線程想要往隊列中插入元素時，將會掛起該線程，直到消費者線程從隊列中取走元素。

LinkedBlockingQueue 通過 put 和 take 方法實現線程安全。當隊列中的元素大小達到了指定的上限時，在進行 put 操作時會被阻塞住直到有空位可以進行插入；當隊列中的元素為空時，在進行 take 操作時會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)：將元素插入隊列的尾部，如果隊列已滿，當前線程將被阻塞。

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()：取出並返回隊頭元素，如果隊列為空，當前線程將被阻塞。

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)：將元素插入隊列的尾部，如果隊列已滿，則返回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)); //入隊
        c = count.getAndIncrement();
        if (c + 1 < capacity)
            notFull.signal();
    } finally {
        putLock.unlock();
    }
    if (c == 0)
        signalNotEmpty();
    return true;
}

四、LinkedBlockingQueue的使用場景

LinkedBlockingQueue是一個非常實用的隊列，特別是在多線程生產消費模型中，它能夠緩解生產者與消費者之間的壓力，實現線程安全。

它適用於以下的場景：

1. 生產者消費者模型：在多線程下，生產者線程生產數據放入隊列中，消費者線程從隊列中取出數據進行消費。

2. 數據緩存模型：在數據處理的過程中，將數據存儲到隊列中，待處理完成後再進行處理。

五、小結

本文介紹了LinkedBlockingQueue的線程安全機制，包括它的原理、常用方法以及使用場景。在多線程生產消費模型中，LinkedBlockingQueue能夠實現線程安全，確保生產者線程與消費者線程之間的數據交互。