阻塞队列实现原理

简介: 阻塞队列实现原理

阻塞队列实现原理

如果队列是空的,消费者会一直等待,当生产者添加元素时,消费者是如何知道当前队列有元素的呢?如果让你来设计阻塞队列你会如何设计,如何让生产者和消费者进行高效率的通信呢?让我们先来看看JDK是如何实现的。

使用通知模式实现。

所谓通知模式,就是当生产者往满的队列里添加元素时会阻塞住生产者,当消费者消费了一个队列中的元素后,会通知生产者当前队列可用。通过查看JDK源码发现ArrayBlockingQueue使用了Condition来实现。

当往队列里插入一个元素时,如果队列不可用,那么阻塞生产者主要通过LockSupport.park(this)来实现。

public final void await() throws InterruptedException {
    if (Thread.interrupted())
        throw new InterruptedException();
    Node node = addConditionWaiter();
    int savedState = fullyRelease(node);
    int interruptMode = 0;
    while (!isOnSyncQueue(node)) {
        LockSupport.park(this);
        if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)
            break;
    }
    if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE)
        interruptMode = REINTERRUPT;
    if (node.nextWaiter != null) // clean up if cancelled
        unlinkCancelledWaiters();
    if (interruptMode != 0)
        reportInterruptAfterWait(interruptMode);
}
public static void park(Object blocker) {
    Thread t = Thread.currentThread();
    setBlocker(t, blocker);
    UNSAFE.park(false, 0L);
    setBlocker(t, null);
}

继续进入源码,发现调用setBlocker先保存一下将要阻塞的线程,然后调用unsafe.park阻塞当前线程。

private static void setBlocker(Thread t, Object arg) {
    // Even though volatile, hotspot doesn't need a write barrier here.
    UNSAFE.putObject(t, parkBlockerOffset, arg);
}

unsafe.park是个native方法

public native void putObject(Object var1, long var2, Object var4);

park这个方法会阻塞当前线程,只有以下4种情况中的一种发生时,该方法才会返回。

  • 与park对应的unpark执行或已经执行时。“已经执行”是指unpark先执行,然后再执行park的情况。
  • 线程被中断时。
  • 等待完time参数指定的毫秒数时。
  • 异常现象发生时,这个异常现象没有任何原因。

当线程被阻塞队列阻塞时,线程会进入WAITING(parking)状态。

总结

阻塞队列的实现原理是就是利用了通知模式,当生产者往满的队列里添加元素时会阻塞住生产者,当消费者消费了一个队列中的元素后,会通知生产者当前队列可用

相关文章
|
25天前
|
存储 安全 Java
Java线程池ThreadPoolExcutor源码解读详解02-阻塞队列之ArrayBlockingQueue
`ArrayBlockingQueue` 是Java中一个基于数组的并发队列,具有线程安全的性质。以下是其关键信息的摘要: - **继承实现关系**:它扩展了`AbstractQueue`并实现了`BlockingQueue`接口,确保线程安全的入队和出队操作。 - **数据结构**:内部由固定大小的数组支撑,有`takeIndex`和`putIndex`跟踪元素的添加和移除位置,`count`记录队列中的元素数量。 - **特点**:队列长度在创建时必须指定且不可变,遵循先进先出(FIFO)原则,当队列满时,添加元素会阻塞,空时,移除元素会阻塞。
28 0
|
2天前
并发编程之BlockingQueue(阻塞队列)的详细解析
并发编程之BlockingQueue(阻塞队列)的详细解析
9 0
|
24天前
|
存储 缓存 安全
Java线程池ThreadPoolExcutor源码解读详解05-阻塞队列之DelayQueue原理及扩容机制详解
DelayQueue` 是 Java 中的一个线程安全的阻塞队列,它用于存储实现了 `Delayed` 接口的元素,这些元素都有一个延迟时间。当元素的延迟时间过去之后,它们才能被从队列中取出。以下是摘要: 1. **核心特性**: - 基于 `PriorityQueue` 实现,元素按延迟时间排序,优先级高的先出队。 - 使用 `ReentrantLock` 和条件变量 `available` 控制并发。 - 只有延迟时间小于0的元素才能被取出。 - 不允许插入 `null` 元素。 2. **构造器**: - 默认构造器创建无初始元素的队列。 - 可以
47 5
|
24天前
|
存储 安全 Java
Java线程池ThreadPoolExcutor源码解读详解04-阻塞队列之PriorityBlockingQueue原理及扩容机制详解
1. **继承实现图关系**: - `PriorityBlockingQueue`实现了`BlockingQueue`接口,提供了线程安全的队列操作。 - 内部基于优先级堆(小顶堆或大顶堆)的数据结构实现,可以保证元素按照优先级顺序出队。 2. **底层数据存储结构**: - 默认容量是11,存储数据的数组会在需要时动态扩容。 - 数组长度总是2的幂,以满足堆的性质。 3. **构造器**: - 无参构造器创建一个默认容量的队列,元素需要实现`Comparable`接口。 - 指定容量构造器允许设置初始容量,但不指定排序规则。 - 可指定容量和比较
42 2
|
24天前
|
存储 安全 Java
Java线程池ThreadPoolExcutor源码解读详解07-阻塞队列之LinkedTransferQueue
`LinkedTransferQueue`是一个基于链表结构的无界并发队列,实现了`TransferQueue`接口,它使用预占模式来协调生产者和消费者的交互。队列中的元素分为数据节点(isData为true)和请求节点(isData为false)。在不同情况下,队列提供四种操作模式:NOW(立即返回,不阻塞),ASYNC(异步,不阻塞,但后续线程可能阻塞),SYNC(同步,阻塞直到匹配),TIMED(超时等待,可能返回)。 `xfer`方法是队列的核心,它处理元素的转移过程。方法内部通过循环和CAS(Compare And Swap)操作来确保线程安全,同时避免锁的使用以提高性能。当找到匹
35 5
|
24天前
|
存储 安全 Java
Java线程池ThreadPoolExcutor源码解读详解08-阻塞队列之LinkedBlockingDeque
**摘要:** 本文分析了Java中的LinkedBlockingDeque,它是一个基于链表实现的双端阻塞队列,具有并发安全性。LinkedBlockingDeque可以作为有界队列使用,容量由构造函数指定,默认为Integer.MAX_VALUE。队列操作包括在头部和尾部的插入与删除,这些操作由锁和Condition来保证线程安全。例如,`linkFirst()`和`linkLast()`用于在队首和队尾插入元素,而`unlinkFirst()`和`unlinkLast()`则用于删除首尾元素。队列的插入和删除方法根据队列是否满或空,可能会阻塞或唤醒等待的线程,这些操作通过`notFul
44 5
|
24天前
|
存储 安全 Java
Java线程池ThreadPoolExcutor源码解读详解03-阻塞队列之LinkedBlockingQueue
LinkedBlockingQueue 和 ArrayBlockingQueue 是 Java 中的两种阻塞队列实现,它们的主要区别在于: 1. **数据结构**:ArrayBlockingQueue 采用固定大小的数组实现,而 LinkedBlockingQueue 则使用链表实现。 2. **容量**:ArrayBlockingQueue 在创建时必须指定容量,而 LinkedBlockingQueue 可以在创建时不指定容量,默认容量为 Integer.MAX_VALUE。 总结起来,如果需要高效并发且内存不是主要考虑因素,LinkedBlockingQueue 通常是更好的选择;
32 1
|
24天前
|
存储 缓存 Java
Java线程池ThreadPoolExcutor源码解读详解06-阻塞队列之SynchronousQueue
SynchronousQueue 是 Java 中的一个特殊阻塞队列,它没有容量,实现线程间的直接对象交换。这个队列的特点和优缺点如下: 1. **无容量限制**:SynchronousQueue 不存储任何元素,每个 put 操作必须等待一个 take 操作,反之亦然。这意味着生产者和消费者必须严格同步。 2. **阻塞性质**:当一个线程试图插入元素时,如果没有线程正在等待获取,那么插入操作会阻塞;同样,尝试获取元素的线程如果没有元素可取,也会被阻塞。 3. **公平与非公平策略**:SynchronousQueue 支持公平和非公平的线程调度策略。公平模式下,等待时间最长的线程优先
36 5
|
1月前
|
消息中间件 安全 Java
多线程案例-阻塞队列
多线程案例-阻塞队列
|
5月前
|
消息中间件
并发队列ConcurrentLinkedQueue和阻塞队列LinkedBlockingQueue使用场景总结
并发队列ConcurrentLinkedQueue和阻塞队列LinkedBlockingQueue使用场景总结
32 0