在Java中BlockingQueue是否完全是线程安全的

Z时代
2024-01-10
分类：问答

我知道文档说明该对象是线程安全的，但这是否意味着从所有方法对其进行的所有访问都是线程安全的？因此，如果我put()一次从多个线程中调用它，并且一次take()在同一实例上调用它，会不会发生什么不好的事情？

回答：

快速答案是肯定的，它们是线程安全的。但是不要让它在那里…

首先，一个小的内部管理BlockingQueue是一个接口，任何不是线程安全的实现都将破坏书面合同。您包括的链接是指LinkedBlockingQueue，它具有一定的灵巧性。

您包含的链接引起了一个有趣的观察，是的，其中有两个锁LinkedBlockingQueue。但是，它无法理解，实际上正在处理“简单”实现会被犯规的极端情况，这就是为什么take和put方法比起初期望的要复杂的原因。

LinkedBlockingQueue进行了优化，以避免在读取和写入时使用相同的锁，这减少了争用，但是对于正确的行为，它依赖于队列不为空。当队列中包含元素时，推送和弹出点不在内存的同一区域，可以避免争用。但是，当队列为空时，则无法避免争用，因此需要额外的代码来处理这种常见的“边缘”情况。这是代码复杂度和性能/可伸缩性之间的常见折衷。

接下来的问题是，如何LinkedBlockingQueue知道队列何时为空/不为空，从而处理线程呢？答案是，它使用AtomicInteger和Condition作为两个额外的并发数据结构。所述AtomicInteger用于检查队列的长度是否是零，并且条件是用于等待一个信号时，队列可能是所希望的状态，以通知一个等待的线程。这种额外的协调确实会产生开销，但是在测量中已显示，在增加并发线程数时，此技术的开销低于使用单个锁引入的争用。

下面，我从复制了代码，LinkedBlockingQueue并添加了解释它们如何工作的注释。在较高级别上，take()首先将所有其他呼叫锁定take()，然后put()根据需要发出信号。

put()以类似的方式工作，首先阻止所有其他呼叫put()，然后take()在必要时发出信号。

从put()方法：

    // putLock coordinates the calls to put() only; further coordination
    // between put() and take() follows below
    putLock.lockInterruptibly();
    try {
        // block while the queue is full; count is shared between put() and take()
        // and is safely visible between cores but prone to change between calls
        // a while loop is used because state can change between signals, which is
        // why signals get rechecked and resent.. read on to see more of that 
        while (count.get() == capacity) { 
                notFull.await();
        }
        // we know that the queue is not full so add
        enqueue(e);
        c = count.getAndIncrement();
        // if the queue is not full, send a signal to wake up 
        // any thread that is possibly waiting for the queue to be a little
        // emptier -- note that this is logically part of 'take()' but it
        // has to be here because take() blocks itself
        if (c + 1 < capacity)
            notFull.signal();
    } finally {
        putLock.unlock();
    }
    if (c == 0)
        signalNotEmpty();

从 take()

    takeLock.lockInterruptibly();
    try {
            // wait for the queue to stop being empty
            while (count.get() == 0) {
                notEmpty.await();
            }
        // remove element
        x = dequeue();
        // decrement shared count
        c = count.getAndDecrement();
        // send signal that the queue is not empty
        // note that this is logically part of put(), but
        // for thread coordination reasons is here
        if (c > 1)
            notEmpty.signal();
    } finally {
        takeLock.unlock();
    }
    if (c == capacity)
        signalNotFull();