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LinkedBlockingDeque介绍
LinkedBlockingDeque是双向链表实现的双向并发阻塞队列。该阻塞队列同时支持FIFO和FILO两种操作方式，即可以从队列的头和尾同时操作(插入/删除)；并且，该阻塞队列是支持线程安全。
此外，LinkedBlockingDeque还是可选容量的(防止过度膨胀)，即可以指定队列的容量。如果不指定，默认容量大小等于Integer.MAX_VALUE。
LinkedBlockingDeque原理和数据结构
LinkedBlockingDeque的数据结构，如下图所示：
说明：
1. LinkedBlockingDeque继承于AbstractQueue，它本质上是一个支持FIFO和FILO的双向的队列。
2. LinkedBlockingDeque实现了BlockingDeque接口，它支持多线程并发。当多线程竞争同一个资源时，某线程获取到该资源之后，其它线程需要阻塞等待。
3. LinkedBlockingDeque是通过双向链表实现的。
3.1 first是双向链表的表头。
3.2 last是双向链表的表尾。
3.3 count是LinkedBlockingDeque的实际大小，即双向链表中当前节点个数。
3.4 capacity是LinkedBlockingDeque的容量，它是在创建LinkedBlockingDeque时指定的。
3.5 lock是控制对LinkedBlockingDeque的互斥锁，当多个线程竞争同时访问LinkedBlockingDeque时，某线程获取到了互斥锁lock，其它线程则需要阻塞等待，直到该线程释放lock，其它线程才有机会获取lock从而获取cpu执行权。
3.6 notEmpty和notFull分别是“非空条件”和“未满条件”。通过它们能够更加细腻进行并发控制。
LinkedBlockingDeque函数列表
// 创建一个容量为 Integer.MAX_VALUE 的 LinkedBlockingDeque。 LinkedBlockingDeque() // 创建一个容量为 Integer.MAX_VALUE 的 LinkedBlockingDeque，最初包含给定 collection 的元素，以该 collection 迭代器的遍历顺序添加。 LinkedBlockingDeque(Collection<? extends E> c) // 创建一个具有给定（固定）容量的 LinkedBlockingDeque。 LinkedBlockingDeque(int capacity) // 在不违反容量限制的情况下，将指定的元素插入此双端队列的末尾。 boolean add(E e) // 如果立即可行且不违反容量限制，则将指定的元素插入此双端队列的开头；如果当前没有空间可用，则抛出 IllegalStateException。 void addFirst(E e) // 如果立即可行且不违反容量限制，则将指定的元素插入此双端队列的末尾；如果当前没有空间可用，则抛出 IllegalStateException。 void addLast(E e) // 以原子方式 (atomically) 从此双端队列移除所有元素。 void clear() // 如果此双端队列包含指定的元素，则返回 true。 boolean contains(Object o) // 返回在此双端队列的元素上以逆向连续顺序进行迭代的迭代器。 Iterator<E> descendingIterator() // 移除此队列中所有可用的元素，并将它们添加到给定 collection 中。 int drainTo(Collection<? super E> c) // 最多从此队列中移除给定数量的可用元素，并将这些元素添加到给定 collection 中。 int drainTo(Collection<? super E> c, int maxElements) // 获取但不移除此双端队列表示的队列的头部。 E element() // 获取，但不移除此双端队列的第一个元素。 E getFirst() // 获取，但不移除此双端队列的最后一个元素。 E getLast() // 返回在此双端队列元素上以恰当顺序进行迭代的迭代器。 Iterator<E> iterator() // 如果立即可行且不违反容量限制，则将指定的元素插入此双端队列表示的队列中（即此双端队列的尾部），并在成功时返回 true；如果当前没有空间可用，则返回 false。 boolean offer(E e) // 将指定的元素插入此双端队列表示的队列中（即此双端队列的尾部），必要时将在指定的等待时间内一直等待可用空间。 boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit) // 如果立即可行且不违反容量限制，则将指定的元素插入此双端队列的开头，并在成功时返回 true；如果当前没有空间可用，则返回 false。 boolean offerFirst(E e) // 将指定的元素插入此双端队列的开头，必要时将在指定的等待时间内等待可用空间。 boolean offerFirst(E e, long timeout, TimeUnit unit) // 如果立即可行且不违反容量限制，则将指定的元素插入此双端队列的末尾，并在成功时返回 true；如果当前没有空间可用，则返回 false。 boolean offerLast(E e) // 将指定的元素插入此双端队列的末尾，必要时将在指定的等待时间内等待可用空间。 boolean offerLast(E e, long timeout, TimeUnit unit) // 获取但不移除此双端队列表示的队列的头部（即此双端队列的第一个元素）；如果此双端队列为空，则返回 null。 E peek() // 获取，但不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。 E peekFirst() // 获取，但不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。 E peekLast() // 获取并移除此双端队列表示的队列的头部（即此双端队列的第一个元素）；如果此双端队列为空，则返回 null。 E poll() // 获取并移除此双端队列表示的队列的头部（即此双端队列的第一个元素），如有必要将在指定的等待时间内等待可用元素。 E poll(long timeout, TimeUnit unit) // 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。 E pollFirst() // 获取并移除此双端队列的第一个元素，必要时将在指定的等待时间等待可用元素。 E pollFirst(long timeout, TimeUnit unit) // 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。 E pollLast() // 获取并移除此双端队列的最后一个元素，必要时将在指定的等待时间内等待可用元素。 E pollLast(long timeout, TimeUnit unit) // 从此双端队列所表示的堆栈中弹出一个元素。 E pop() // 将元素推入此双端队列表示的栈。 void push(E e) // 将指定的元素插入此双端队列表示的队列中（即此双端队列的尾部），必要时将一直等待可用空间。 void put(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。 void putFirst(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。 void putLast(E e) // 返回理想情况下（没有内存和资源约束）此双端队列可不受阻塞地接受的额外元素数。 int remainingCapacity() // 获取并移除此双端队列表示的队列的头部。 E remove() // 从此双端队列移除第一次出现的指定元素。 boolean remove(Object o) // 获取并移除此双端队列第一个元素。 E removeFirst() // 从此双端队列移除第一次出现的指定元素。 boolean removeFirstOccurrence(Object o) // 获取并移除此双端队列的最后一个元素。 E removeLast() // 从此双端队列移除最后一次出现的指定元素。 boolean removeLastOccurrence(Object o) // 返回此双端队列中的元素数。 int size() // 获取并移除此双端队列表示的队列的头部（即此双端队列的第一个元素），必要时将一直等待可用元素。 E take() // 获取并移除此双端队列的第一个元素，必要时将一直等待可用元素。 E takeFirst() // 获取并移除此双端队列的最后一个元素，必要时将一直等待可用元素。 E takeLast() // 返回以恰当顺序（从第一个元素到最后一个元素）包含此双端队列所有元素的数组。 Object[] toArray() // 返回以恰当顺序包含此双端队列所有元素的数组；返回数组的运行时类型是指定数组的运行时类型。 <T> T[] toArray(T[] a) // 返回此 collection 的字符串表示形式。 String toString()
下面从ArrayBlockingQueue的创建，添加，取出，遍历这几个方面对LinkedBlockingDeque进行分析
1. 创建
下面以LinkedBlockingDeque(int capacity)来进行说明。
public LinkedBlockingDeque(int capacity) {
if (capacity <= 0) throw new IllegalArgumentException();
this.capacity = capacity;
}
说明：capacity是“链式阻塞队列”的容量。
LinkedBlockingDeque中相关的数据结果定义如下：
// “双向队列”的表头 transient Node<E> first; // “双向队列”的表尾 transient Node<E> last; // 节点数量 private transient int count; // 容量 private final int capacity; // 互斥锁 , 互斥锁对应的“非空条件notEmpty”, 互斥锁对应的“未满条件notFull” final ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); private final Condition notEmpty = lock.newCondition(); private final Condition notFull = lock.newCondition();
说明：lock是互斥锁，用于控制多线程对LinkedBlockingDeque中元素的互斥访问；而notEmpty和notFull是与lock绑定的条件，它们用于实现对多线程更精确的控制。
双向链表的节点Node的定义如下：
static final class Node<E> {
E item; // 数据
Node<E> prev; // 前一节点
Node<E> next; // 后一节点
Node(E x) { item = x; }
}
2. 添加
下面以offer(E e)为例，对LinkedBlockingDeque的添加方法进行说明。
public boolean offer(E e) {
return offerLast(e);
}
offer()实际上是调用offerLast()将元素添加到队列的末尾。
offerLast()的源码如下：
public boolean offerLast(E e) {
if (e == null) throw new NullPointerException();
// 新建节点
Node<E> node = new Node<E>(e);
final ReentrantLock lock = this.lock;
// 获取锁
lock.lock();
try {
// 将“新节点”添加到双向链表的末尾
return linkLast(node);
} finally {
// 释放锁
lock.unlock();
}
}
说明：offerLast()的作用，是新建节点并将该节点插入到双向链表的末尾。它在插入节点前，会获取锁；操作完毕，再释放锁。
linkLast()的源码如下：
private boolean linkLast(Node<E> node) {
// 如果“双向链表的节点数量” > “容量”，则返回false，表示插入失败。
if (count >= capacity)
return false;
// 将“node添加到链表末尾”，并设置node为新的尾节点
Node<E> l = last;
node.prev = l;
last = node;
if (first == null)
first = node;
else
l.next = node;
// 将“节点数量”+1
++count;
// 插入节点之后，唤醒notEmpty上的等待线程。
notEmpty.signal();
return true;
}
说明：linkLast()的作用，是将节点插入到双向队列的末尾；插入节点之后，唤醒notEmpty上的等待线程。
3. 删除
下面以take()为例，对LinkedBlockingDeque的取出方法进行说明。
public E take() throws InterruptedException {
return takeFirst();
}
take()实际上是调用takeFirst()队列的第一个元素。
takeFirst()的源码如下：
public E takeFirst() throws InterruptedException {
final ReentrantLock lock = this.lock;
// 获取锁
lock.lock();
try {
E x;
// 若“队列为空”，则一直等待。否则，通过unlinkFirst()删除第一个节点。
while ( (x = unlinkFirst()) == null)
notEmpty.await();
return x;
} finally {
// 释放锁
lock.unlock();
}
}
说明：takeFirst()的作用，是删除双向链表的第一个节点，并返回节点对应的值。它在插入节点前，会获取锁；操作完毕，再释放锁。
unlinkFirst()的源码如下：
private E unlinkFirst() {
// assert lock.isHeldByCurrentThread();
Node<E> f = first;
if (f == null)
return null;
// 删除并更新“第一个节点”
Node<E> n = f.next;
E item = f.item;
f.item = null;
f.next = f; // help GC
first = n;
if (n == null)
last = null;
else
n.prev = null;
// 将“节点数量”-1
--count;
// 删除节点之后，唤醒notFull上的等待线程。
notFull.signal();
return item;
}
说明：unlinkFirst()的作用，是将双向队列的第一个节点删除；删除节点之后，唤醒notFull上的等待线程。
4. 遍历
下面对LinkedBlockingDeque的遍历方法进行说明。
public Iterator<E> iterator() {
return new Itr();
}
iterator()实际上是返回一个Iter对象。
Itr类的定义如下：
private class Itr extends AbstractItr {
// “双向队列”的表头
Node<E> firstNode() { return first; }
// 获取“节点n的下一个节点”
Node<E> nextNode(Node<E> n) { return n.next; }
}
Itr继承于AbstractItr，而AbstractItr的定义如下：
private abstract class AbstractItr implements Iterator<E> {
// next是下一次调用next()会返回的节点。
Node<E> next;
// nextItem是next()返回节点对应的数据。
E nextItem;
// 上一次next()返回的节点。
private Node<E> lastRet;
// 返回第一个节点
abstract Node<E> firstNode();
// 返回下一个节点
abstract Node<E> nextNode(Node<E> n);
AbstractItr() {
final ReentrantLock lock = LinkedBlockingDeque.this.lock;
// 获取“LinkedBlockingDeque的互斥锁”
lock.lock();
try {
// 获取“双向队列”的表头
next = firstNode();
// 获取表头对应的数据
nextItem = (next == null) ? null : next.item;
} finally {
// 释放“LinkedBlockingDeque的互斥锁”
lock.unlock();
}
}
// 获取n的后继节点
private Node<E> succ(Node<E> n) {
// Chains of deleted nodes ending in null or self-links
// are possible if multiple interior nodes are removed.
for (;;) {
Node<E> s = nextNode(n);
if (s == null)
return null;
else if (s.item != null)
return s;
else if (s == n)
return firstNode();
else
n = s;
}
}
// 更新next和nextItem。
void advance() {
final ReentrantLock lock = LinkedBlockingDeque.this.lock;
lock.lock();
try {
// assert next != null;
next = succ(next);
nextItem = (next == null) ? null : next.item;
} finally {
lock.unlock();
}
}
// 返回“下一个节点是否为null”
public boolean hasNext() {
return next != null;
}
// 返回下一个节点
public E next() {
if (next == null)
throw new NoSuchElementException();
lastRet = next;
E x = nextItem;
advance();
return x;
}
// 删除下一个节点
public void remove() {
Node<E> n = lastRet;
if (n == null)
throw new IllegalStateException();
lastRet = null;
final ReentrantLock lock = LinkedBlockingDeque.this.lock;
lock.lock();
try {
if (n.item != null)
unlink(n);
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
LinkedBlockingDeque示例
import java.util.*;
import java.util.concurrent.*;
/*
* LinkedBlockingDeque是“线程安全”的队列，而LinkedList是非线程安全的。
*
* 下面是“多个线程同时操作并且遍历queue”的示例
* (01) 当queue是LinkedBlockingDeque对象时，程序能正常运行。
* (02) 当queue是LinkedList对象时，程序会产生ConcurrentModificationException异常。
*
*
*/
public class LinkedBlockingDequeDemo1 {
// TODO: queue是LinkedList对象时，程序会出错。
//private static Queue<String> queue = new LinkedList<String>();
private static Queue<String> queue = new LinkedBlockingDeque<String>();
public static void main(String[] args) {
// 同时启动两个线程对queue进行操作！
new MyThread("ta").start();
new MyThread("tb").start();
}
private static void printAll() {
String value;
Iterator iter = queue.iterator();
while(iter.hasNext()) {
value = (String)iter.next();
System.out.print(value+", ");
}
System.out.println();
}
private static class MyThread extends Thread {
MyThread(String name) {
super(name);
}
@Override
public void run() {
int i = 0;
while (i++ < 6) {
// “线程名” + "-" + "序号"
String val = Thread.currentThread().getName()+i;
queue.add(val);
// 通过“Iterator”遍历queue。
printAll();
}
}
}
}
(某一次)运行结果：
ta1, ta1, tb1, tb1, ta1, ta1, tb1, tb1, tb2, tb2, ta2, ta2, ta1, ta1, tb1, tb1, tb2, tb2, ta2, ta2, tb3, tb3, ta3, ta3, ta1, tb1, ta1, tb2, tb1, ta2, tb2, tb3, ta2, ta3, tb3, tb4, ta3, ta4, tb4, ta1, ta4, tb1, tb5, tb2, ta1, ta2, tb1, tb3, tb2, ta3, ta2, tb4, tb3, ta4, ta3, tb5, tb4, ta5, ta4, ta1, tb5, tb1, ta5, tb2, tb6, ta2, ta1, tb3, tb1, ta3, tb2, tb4, ta2, ta4, tb3, tb5, ta3, ta5, tb4, tb6, ta4, ta6, tb5, ta5, tb6, ta6,
结果说明：示例程序中，启动两个线程(线程ta和线程tb)分别对LinkedBlockingDeque进行操作。以线程ta而言，它会先获取“线程名”+“序号”，然后将该字符串添加到LinkedBlockingDeque中；接着，遍历并输出LinkedBlockingDeque中的全部元素。 线程tb的操作和线程ta一样，只不过线程tb的名字和线程ta的名字不同。
当queue是LinkedBlockingDeque对象时，程序能正常运行。如果将queue改为LinkedList时，程序会产生ConcurrentModificationException异常。
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