java并发面试常识之LinkedBlockingQueue

    上次谈了ArrayBlockingQueue（https://my.oschina.net/xpbob/blog/830366）。
谈到ArrayBlockingQueue的特色就是循环队列，然后一把锁，2个条件，完成了功能。本来以为LinkedBlockingQueue也是这样的，结果和预期不一样，LinkedBlockingQueue利用了链表的特点，使用了两把锁，两个条件来控制。是一个锁分离的应用，下面就说说，他的实现，以及为什么ArrayBlockingQueue就不适合锁分离。

private final ReentrantLock takeLock = new ReentrantLock();
private final Condition notEmpty = takeLock.newCondition();
private final ReentrantLock putLock = new ReentrantLock();
private final Condition notFull = putLock.newCondition();
private final AtomicInteger count = new AtomicInteger();

        除了两个锁，两个条件外，我这里专门列举了计数器。这个计数器很重要，重要到锁分离要依赖他才能正常运行。

        使用双锁分离就得注意一点，那就是防止线程夯死。生产线程要唤醒生产线程，消费线程也要唤醒生产线程，消费线程唤醒消费线程，消费线程也要唤醒生产线程。

public void put(E e) throws InterruptedException {
    if (e == null) throw new NullPointerException();
    //唤醒标记
    int c = -1;
    Node<E> node = new Node<E>(e);
    final ReentrantLock putLock = this.putLock;
    final AtomicInteger count = this.count;
    putLock.lockInterruptibly();
    try {
        while (count.get() == capacity) {
            //阻塞生产线程
            notFull.await();
        }
        enqueue(node);
        c = count.getAndIncrement();
        if (c + 1 < capacity)
            //唤醒生产线程
            notFull.signal();
    } finally {
        putLock.unlock();
    }
    //唤醒消费线程
    if (c == 0)
        signalNotEmpty();
}

 基于上面的介绍，我们来看代码，唤醒标记就是为了生产唤醒消费的，因为可能出现消费线程全部都已经等待了，此时生产线程运作，但是消费线程并不能自己唤醒自己，于是就有了signalNotEmpty()的操作。这里的c是getAndIncrement的值，就是获取计数之前的值。c==0的满足条件就有1个元素，在这种情况下才去唤醒消费线程。

在获取锁后，如果发现容量达到上限，就阻塞了，等待被唤醒，如果可以加入，就执行enqueue方法，是个很简单的链表添加节点的方法。就是在原来last节点后加节点，然后更新last节点。

private void enqueue(Node<E> node) {
    last = last.next = node;
}

在计数器自增后，判断唤醒标记，如果还能继续生产，就去唤醒生产线程。

消费的方案思想和生产类似，这里就不说代码了。

public boolean remove(Object o) {
    if (o == null) return false;
    fullyLock();
    try {
        for (Node<E> trail = head, p = trail.next;
             p != null;
             trail = p, p = p.next) {
            if (o.equals(p.item)) {
                unlink(p, trail);
                return true;
            }
        }
        return false;
    } finally {
        fullyUnlock();
    }
}

删除代码相对比较简单，主要是要获取两把锁，才能进行删除操作就是fullyLock()和fullyUnlock()，删除掉元素后，还要唤醒生产线程。

void unlink(Node<E> p, Node<E> trail) {
    p.item = null;
    trail.next = p.next;
    if (last == p)
        last = trail;
    if (count.getAndDecrement() == capacity)
        notFull.signal();
}

        这个主要是循环队列的原因，主要是数组和链表不同，链表队列的添加和头部的删除，都是只和一个节点相关，添加只往后加就可以，删除只从头部去掉就好。为了防止head和tail相互影响出现问题，这里就需要原子性的计数器，头部要移除，首先得看计数器是否大于0，每个添加操作，都是先加入队列，然后计数器加1，这样保证了，队列在移除的时候，长度是大于等于计数器的，通过原子性的计数器，双锁才能互不干扰。数组的一个问题就是位置的选择没有办法原子化，因为位置会循环，走到最后一个位置后就返回到第一个位置，这样的操作无法原子化，所以只能是加锁来解决。

        LinkedBlockingQueue的优点是锁分离，那就很适合生产和消费频率差不多的场景，这样生产和消费互不干涉的执行，能达到不错的效率，尽量不使用remove操作，获取两把锁的效率更低，可以使用size方法（就是计数器直接返回），这个还是比较重要的，有些集合不适合使用size，例如ConcurrentLinkedQueue，正确应该使用isEmpty()。