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j*a ArrayBlockingQueue源码探讨

2025-12-05

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ArrayBlockingQueue 是基于单锁双条件变量的有界循环数组队列，线程安全、不支持 null、容量固定；使用 takeIndex/putIndex 实现无取模环形写入，公平性仅影响锁获取顺序。

java arrayblockingqueue源码探讨

ArrayBlockingQueue 是 J*a 并发包中一个经典、高效的有界阻塞队列，底层基于数组 + 可重入锁（ReentrantLock）+ 条件变量（Condition）实现。它线程安全、支持公平/非公平策略、不支持 null 元素，且容量固定不可扩容。

核心结构：数组 + 两把锁？不，是一把锁 + 两个条件

很多人误以为 ArrayBlockingQueue 用“双锁”（putLock / takeLock）像 LinkedBlockingQueue 那样分离读写，其实不是——它只用一个 final ReentrantLock lock，但定义了两个 Condition：

notFull：供 put() 等待“队列未满”；
notEmpty：供 take() 等等待“队列非空”。

所有入队（offer/put/add）、出队（poll/take/remove）、查看（peek）操作，都必须先获取 lock。这是它吞吐量略低于 LinkedBlockingQueue（双锁）的原因，但也换来更少内存开销和更简单的状态一致性控制。

环形数组怎么玩？靠 head/tail 指针 + 取模？不，是隐式取模

它内部是一个定长数组 final Object[] elements，但没有显式维护 head/tail 下标变量。而是用两个 int 成员：

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takeIndex：下一个 take() 将读取的位置（即队头索引）；
putIndex：下一个 put() 将写入的位置（即队尾索引）。

入队时：elements[putIndex] = x; putIndex = (++putIndex == elements.length) ? 0 : putIndex;
出队时：Object x = elements[takeIndex]; elements[takeIndex] = null; takeIndex = (++takeIndex == elements.length) ? 0 : takeIndex;
这就是典型的“循环数组”手动翻转逻辑，避免了每次取模运算（%），性能更稳。

公平性怎么体现？只在锁上做文章

构造函数可传 boolean fair 参数：

fair = true：创建的是 new ReentrantLock(true)，线程按等待顺序获取锁（FIFO）；
fair = false（默认）：非公平锁，允许插队，吞吐更高，但可能饥饿。

注意：公平性只影响锁的获取顺序，不影响队列本身的 FIFO 行为——ArrayBlockingQueue 始终严格保序，因为所有操作串行化在一把锁下。

几个关键细节你可能忽略

null 不被允许：put(null) 直接抛 NullPointerException，避免后续判空歧义；
批量操作不保证原子性：addAll() 是循环调用 add()，中途失败会部分成功（已加的回不去）；
size() 和 isEmpty() 是 O(1)：它缓存了 count 字段，每次增减都更新，不遍历数组；
iterator() 返回的迭代器是弱一致性的：不抛 ConcurrentModificationException，但可能漏掉刚加入或跳过已移除元素。