`ArrayBlockingQueue`和`LinkedBlockingQueue`是Java中的两种常用阻塞队列，它们都实现了`BlockingQueue`接口，但在内部实现和性能特点上有所不同。 ### 1\. `ArrayBlockingQueue`的实现原理 #### 概述 `ArrayBlockingQueue`是一个基于数组的有界阻塞队列，内部使用一个固定大小的数组来存储元素。因此，该队列的容量在创建时必须指定，并且不能动态扩展。它是线程安全的，通常使用一个独立的锁来管理生产者和消费者操作。 #### 主要特性 * **有界队列**：需要在创建时指定容量，队列满时插入操作将被阻塞。 * **FIFO顺序**：遵循先入先出的原则，即元素按插入顺序进行出队操作。 * **单锁机制**：使用`ReentrantLock`进行并发控制，条件变量`notEmpty`和`notFull`用于管理阻塞和唤醒机制。 #### 内部结构 * **数组存储**：内部使用一个固定大小的数组`items`来存放元素。 * **锁与条件**： * `ReentrantLock`：用于控制对队列的并发访问。 * `Condition notEmpty`：用于在队列为空时阻塞取元素的线程。 * `Condition notFull`：用于在队列满时阻塞插入元素的线程。 * **指针**： * `takeIndex`：指向下一个要出队的元素的位置。 * `putIndex`：指向下一个要插入元素的位置。 * `count`：记录队列中元素的数量。 #### 关键操作实现 * **插入（put）**： 1. 获取锁。 2. 如果队列满，调用`notFull.await()`使线程阻塞，直到有空间可插入。 3. 插入元素到`putIndex`位置，并更新`putIndex`和`count`。 4. 释放锁，并唤醒等待`notEmpty`条件的线程。 * **取出（take）**： 1. 获取锁。 2. 如果队列空，调用`notEmpty.await()`使线程阻塞，直到有元素可取。 3. 取出元素并将`takeIndex`位置的元素设为`null`，更新`takeIndex`和`count`。 4. 释放锁，并唤醒等待`notFull`条件的线程。 #### 性能特点 * **固定容量**：由于数组容量固定，无法扩展，适用于容量已知的场景。 * **锁竞争**：由于使用单锁机制，在高并发场景下可能存在锁竞争，导致性能瓶颈。 ### 2\. `LinkedBlockingQueue`的实现原理 #### 概述 `LinkedBlockingQueue`是一个基于链表的有界阻塞队列，内部使用链表结构来存储元素，支持动态扩展。与`ArrayBlockingQueue`不同，`LinkedBlockingQueue`采用了分离锁机制（分别锁住生产者和消费者），从而在高并发场景下表现更好。 #### 主要特性 * **有界队列**：可以指定容量上限，如果不指定，默认容量为`Integer.MAX_VALUE`。 * **FIFO顺序**：同样遵循先入先出的原则。 * **双锁机制**：分别使用`takeLock`和`putLock`来控制出队和入队操作，减少锁竞争。 * **链表存储**：基于链表存储，队列容量可以动态扩展，理论上可以支持更大的队列。 #### 内部结构 * **链表存储**：使用内部静态类`Node`实现的链表结构，每个节点存储一个元素。 * **锁与条件**： * `ReentrantLock takeLock`：控制对出队操作的并发访问。 * `ReentrantLock putLock`：控制对入队操作的并发访问。 * `Condition notEmpty`：与`takeLock`关联，用于在队列为空时阻塞取元素的线程。 * `Condition notFull`：与`putLock`关联，用于在队列满时阻塞插入元素的线程。 * **指针**： * `head`：指向链表的头节点。 * `last`：指向链表的尾节点。 * `count`：记录队列中元素的数量。 #### 关键操作实现 * **插入（put）**： 1. 获取`putLock`。 2. 如果队列满，调用`notFull.await()`使线程阻塞，直到有空间可插入。 3. 插入元素到链表尾部，并更新`last`和`count`。 4. 释放`putLock`，唤醒等待`notEmpty`条件的线程。 * **取出（take）**： 1. 获取`takeLock`。 2. 如果队列空，调用`notEmpty.await()`使线程阻塞，直到有元素可取。 3. 取出链表头部元素，更新`head`和`count`。 4. 释放`takeLock`，唤醒等待`notFull`条件的线程。 #### 性能特点 * **容量灵活**：可以动态调整容量，适合需要处理大量数据的场景。 * **分离锁机制**：在高并发场景下，生产者和消费者操作可以并行执行，减少了锁竞争，提高了性能。 ### 总结 * **ArrayBlockingQueue**适用于场景明确且容量固定的应用，因其使用单锁机制，在低并发下性能稳定。 * **LinkedBlockingQueue**更适合高并发场景，由于其使用链表存储和分离锁机制，能够在处理大量数据时表现出更好的并发性能。 根据具体的业务需求，可以选择合适的阻塞队列来实现生产者-消费者模型。