源码分析-PriorityBlockingQueue

2024-06-10 18:18

本文主要是介绍源码分析-PriorityBlockingQueue,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

PriorityBLockingQueue-文档部分

doc文档

PriorityBlockingQueue是无界的阻塞队列。当然如果资源耗尽的看情况下也是会出现添加失败的情况。PriorityBlockingQueue提供的迭代器并不保证按照某一顺序顺序迭代所有元素(和有限队列一致,可以见另一篇博客源码分析-PriorityQueue)(它会先按数组迭代,然后再迭代漏掉的元素)。当两个元素相等的时候并不保证陷入先出顺序。所以如果需要保证先入先出顺序必须要保证

源码实现文档

这里使用了一个给予数组的堆实现,所有公共方法都知识用一个锁实现,但是在调整大小的阶段使用了一个自旋锁,以避免并发申请调整大小。这样可以避免等待的消费者的推迟,以及随之而来的元素重建问题。由于需要在申请新内存的过程中退出锁,所以不可以将任务简单的委托给一个PriorityQueue来完成。为了保证兼容性,在序列话的过程中使用了锁。为了增加保证兼容性。在序列化的过程中需要付出双倍的代价(先转换成一个PriorityQueue然后在序列化)

概述

大部分的内容都和之前的PriorityQueue类似。与PriorityQueue的区别主要体现在两点上,一个是在出队和入队的过程中增加了BlockingQueue的操作。另外一个在resize 的过程中使用了自旋锁。

    private static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 11;private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;private transient Object[] queue;private transient int size;private transient Comparator<? super E> comparator;private final ReentrantLock lock;private final Condition notEmpty;private transient volatile int allocationSpinLock;private PriorityQueue q;

域的内容比较清楚,只做几点说明

首先一个MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;为什么要限制位Integer.MAX_VALUE-8,为什么要限制为-8。网上有人解释说这是因为有一部分虚拟机的实现是需要使用8位来储存size。在很多地方都出现了,这里做一下解释。
lock锁及其绑定的Condition是用来做阻塞操作的。因为这里是一个无界的队列所以这里只有一个状态变量。用于阻塞take。
而allocationSpinkLock是一个volatile的变量,用这个结合cas来进行自旋。

主要方法

构造器

构造器有很多,这里只看一个使用collection进行构造的构造器

    public PriorityBlockingQueue(Collection<? extends E> c) {this.lock = new ReentrantLock();this.notEmpty = lock.newCondition();boolean heapify = true; // true if not known to be in heap orderboolean screen = true;  // true if must screen for nullsif (c instanceof SortedSet<?>) {SortedSet<? extends E> ss = (SortedSet<? extends E>) c;this.comparator = (Comparator<? super E>) ss.comparator();heapify = false;}else if (c instanceof PriorityBlockingQueue<?>) {PriorityBlockingQueue<? extends E> pq =(PriorityBlockingQueue<? extends E>) c;this.comparator = (Comparator<? super E>) pq.comparator();screen = false;if (pq.getClass() == PriorityBlockingQueue.class) // exact matchheapify = false;}Object[] a = c.toArray();int n = a.length;// If c.toArray incorrectly doesn't return Object[], copy it.if (a.getClass() != Object[].class)a = Arrays.copyOf(a, n, Object[].class);if (screen && (n == 1 || this.comparator != null)) {for (int i = 0; i < n; ++i)if (a[i] == null)throw new NullPointerException();}this.queue = a;this.size = n;if (heapify)heapify();}

这里使用两个boolean值来判断是否满足条件。
heapify表示是否需要进行构造堆。而screen表示是否需要排除null。
然后对这依照这两个变量分情况讨论。如果是sortSet类型,说明有序,则提取其comparator。并使heapify置位(后续不需要构造堆,因为递增序列是堆的一种特殊情况),如果是Priority自身拷贝当然两者都置为false表示都不需要进行。
然后使用Collection的toArray方法转换成Object[]并进行类型检查。并对各项参数进行复制。
heapify方法和之前PriorityQueue的是一样的,对数组的前半部分元素进行下滤操作。

阻塞方法的实现

非阻塞的put方法

BlockingQueue方法的实现都大同小异这里看一下put和take的实现:

  public void put(E e) {offer(e); // never need to block}

首先由于这是无界队列,所以不需要阻塞,只是讲任务委托给了offer来实现。

    public boolean offer(E e) {if (e == null)throw new NullPointerException();final ReentrantLock lock = this.lock;lock.lock();int n, cap;Object[] array;while ((n = size) >= (cap = (array = queue).length))tryGrow(array, cap);try {Comparator<? super E> cmp = comparator;if (cmp == null)siftUpComparable(n, e, array);elsesiftUpUsingComparator(n, e, array, cmp);size = n + 1;notEmpty.signal();} finally {lock.unlock();}return true;}

因为这里没有阻塞,所以这里的锁完全是来进行同步的,不需要条件变量。
加锁后进行大小检查,如果需要增长则调用tryGrow。
否则则将新进入的元素放入队尾,然后进行上移操作。并唤醒notEmpty条件变量。

膨胀及自旋锁

        private void tryGrow(Object[] array, int oldCap) {lock.unlock(); // must release and then re-acquire main lockObject[] newArray = null;if (allocationSpinLock == 0 &&UNSAFE.compareAndSwapInt(this, allocationSpinLockOffset,0, 1)) {try {int newCap = oldCap + ((oldCap < 64) ?(oldCap + 2) : // grow faster if small(oldCap >> 1));if (newCap - MAX_ARRAY_SIZE > 0) {    // possible overflowint minCap = oldCap + 1;if (minCap < 0 || minCap > MAX_ARRAY_SIZE)throw new OutOfMemoryError();newCap = MAX_ARRAY_SIZE;}if (newCap > oldCap && queue == array)newArray = new Object[newCap];} finally {allocationSpinLock = 0;}}if (newArray == null) // back off if another thread is allocatingThread.yield();lock.lock();if (newArray != null && queue == array) {queue = newArray;System.arraycopy(array, 0, newArray, 0, oldCap);}}

首先退出锁。
首先这里申请了一个新的引用newArray。然后使用CAS自旋操作使得volatile的allocationSplinLock变成1。
对于自旋成功的线程,会计算出一个新的堆的尺寸,然后建立一个新的数组,并且在最后使得allocationSplinLock变回0.
对于自旋失败的数组,会让步,这里很好理解,因为下一步就是阻塞,所以即使这里争取到了线程也没有太大的意义。因为其newArray是空,而后退出tryGrow,但是该线程的增长并没有成功所以在offer的循环检查中(n = size) >= (cap = (array = queue).length)这里会失败所以需要重新进入tryGrow。这样做没有意义。
而yield会使得成功创建新数组的线程更容易获得锁,然后会使得queue指向新建的数组,这样对于自旋失败的线程通常来说会在自旋成功的线程之后获得锁,这样在offer中的自旋检测中成功通过,这样就避免了一些重复的操作。以提供更高的效率。
这里还需要说明的是yield,并不是100%会让出线程的,这里的yield只是让这个概率更大一些。

阻塞的take方法

    public E take() throws InterruptedException {final ReentrantLock lock = this.lock;lock.lockInterruptibly();E result;try {while ( (result = dequeue()) == null)notEmpty.await();} finally {lock.unlock();}return result;}

take方法则是常规的阻塞操作会重复检查notEmpty变量。
deque是典型的出队操作,类似PriorityQueue。

这篇关于源码分析-PriorityBlockingQueue的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/1048904

相关文章

Java程序进程起来了但是不打印日志的原因分析

《Java程序进程起来了但是不打印日志的原因分析》:本文主要介绍Java程序进程起来了但是不打印日志的原因分析,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助,如有错误或未考虑完全的地方,望不吝赐教... 目录Java程序进程起来了但是不打印日志的原因1、日志配置问题2、日志文件权限问题3、日志文件路径问题4、程序

Java 正则表达式URL 匹配与源码全解析

《Java正则表达式URL匹配与源码全解析》在Web应用开发中,我们经常需要对URL进行格式验证,今天我们结合Java的Pattern和Matcher类,深入理解正则表达式在实际应用中... 目录1.正则表达式分解:2. 添加域名匹配 (2)3. 添加路径和查询参数匹配 (3) 4. 最终优化版本5.设计思

Java字符串操作技巧之语法、示例与应用场景分析

《Java字符串操作技巧之语法、示例与应用场景分析》在Java算法题和日常开发中,字符串处理是必备的核心技能,本文全面梳理Java中字符串的常用操作语法,结合代码示例、应用场景和避坑指南,可快速掌握字... 目录引言1. 基础操作1.1 创建字符串1.2 获取长度1.3 访问字符2. 字符串处理2.1 子字

Python 迭代器和生成器概念及场景分析

《Python迭代器和生成器概念及场景分析》yield是Python中实现惰性计算和协程的核心工具,结合send()、throw()、close()等方法,能够构建高效、灵活的数据流和控制流模型,这... 目录迭代器的介绍自定义迭代器省略的迭代器生产器的介绍yield的普通用法yield的高级用法yidle

C++ Sort函数使用场景分析

《C++Sort函数使用场景分析》sort函数是algorithm库下的一个函数,sort函数是不稳定的,即大小相同的元素在排序后相对顺序可能发生改变,如果某些场景需要保持相同元素间的相对顺序,可使... 目录C++ Sort函数详解一、sort函数调用的两种方式二、sort函数使用场景三、sort函数排序

Java调用C++动态库超详细步骤讲解(附源码)

《Java调用C++动态库超详细步骤讲解(附源码)》C语言因其高效和接近硬件的特性,时常会被用在性能要求较高或者需要直接操作硬件的场合,:本文主要介绍Java调用C++动态库的相关资料,文中通过代... 目录一、直接调用C++库第一步:动态库生成(vs2017+qt5.12.10)第二步:Java调用C++

kotlin中const 和val的区别及使用场景分析

《kotlin中const和val的区别及使用场景分析》在Kotlin中,const和val都是用来声明常量的,但它们的使用场景和功能有所不同,下面给大家介绍kotlin中const和val的区别,... 目录kotlin中const 和val的区别1. val:2. const:二 代码示例1 Java

Go标准库常见错误分析和解决办法

《Go标准库常见错误分析和解决办法》Go语言的标准库为开发者提供了丰富且高效的工具,涵盖了从网络编程到文件操作等各个方面,然而,标准库虽好,使用不当却可能适得其反,正所谓工欲善其事,必先利其器,本文将... 目录1. 使用了错误的time.Duration2. time.After导致的内存泄漏3. jsO

Python实现无痛修改第三方库源码的方法详解

《Python实现无痛修改第三方库源码的方法详解》很多时候,我们下载的第三方库是不会有需求不满足的情况,但也有极少的情况,第三方库没有兼顾到需求,本文将介绍几个修改源码的操作,大家可以根据需求进行选择... 目录需求不符合模拟示例 1. 修改源文件2. 继承修改3. 猴子补丁4. 追踪局部变量需求不符合很

Spring事务中@Transactional注解不生效的原因分析与解决

《Spring事务中@Transactional注解不生效的原因分析与解决》在Spring框架中,@Transactional注解是管理数据库事务的核心方式,本文将深入分析事务自调用的底层原理,解释为... 目录1. 引言2. 事务自调用问题重现2.1 示例代码2.2 问题现象3. 为什么事务自调用会失效3