源码解析

LinkedBlockingQueue底层是由链表实现的“有界”队列。构造时如果不指定容量，则最大容量为Integer.MAX_VALUE。LinkedBlockingQueue底层使用了putLock和takeLock分别控制入队和出队操作，提高了吞吐量。

底层结构

    /**
     * 链表内部结点
     */
    static class Node<E> {
        E item;

        /**
         * 代表以下含义中的一个
         * - 真实的后继结点
         * - 该结点本身，表示后继结点是head.next
         * - null，表示该结点为最后一个结点
         */
        Node<E> next;

        Node(E x) {
            item = x;
        }
    }

    /**
     * 容量限制，如果没有特定的限制，则为Integer.MAX_VALUE
     */
    private final int capacity;

    /**
     * 队列中元素个数
     */
    private final AtomicInteger count = new AtomicInteger();

    /**
     * 这个头结点只是为了方便删除等操作，减少判断。是一个“伪”头
     * 结点。head.next才是真正意义上的队列头。
     */
    transient Node<E> head;

    /**
     * 队列的尾结点
     */
    private transient Node<E> last;

    /**
     * take, poll等方法使用的锁
     */
    private final ReentrantLock takeLock = new ReentrantLock();

    /**
     * take的等待条件(当take时如果队列为空则会在此条件上等待)
     */
    private final Condition notEmpty = takeLock.newCondition();

    /**
     * put, offer等方法使用的锁
     */
    private final ReentrantLock putLock = new ReentrantLock();

    /**
     * put的等待条件(当put时如果队列已满则会在此条件上等待)
     */
    private final Condition notFull = putLock.newCondition();
    
     public int size() {
        return count.get();
    }

    /**
     * 返回剩余容量，注意这里没有加锁，是非原子操作。所以该方法不能用来判断是否有
     * 剩余容量。是非线程安全的
     */
    public int remainingCapacity() {
        return capacity - count.get();
    }

内部工具方法

    /**
     * 释放notEmpty条件，唤醒在此条件等待的线程
     */
    private void signalNotEmpty() {
        final ReentrantLock takeLock = this.takeLock;
        // 因为notEmpty条件是使用takeLock创建的
        // 所以释放条件时，必须先持有锁
        takeLock.lock();
        try {
            notEmpty.signal();
        } finally {
            takeLock.unlock();
        }
    }

    /**
     * 释放notFull条件，唤醒在此条件等待的线程
     */
    private void signalNotFull() {
        final ReentrantLock putLock = this.putLock;
        // 因为notFull条件是使用putLock创建的
        // 所以释放条件时，必须先持有锁
        putLock.lock();
        try {
            notFull.signal();
        } finally {
            putLock.unlock();
        }
    }

    /**
     * 入队(插入到链表尾)
     */
    private void enqueue(Node<E> node) {
        // assert putLock.isHeldByCurrentThread();
        // assert last.next == null;
        last = last.next = node;
    }

    /**
     * 出队(移除链表头结点)
     */
    private E dequeue() {
        // assert takeLock.isHeldByCurrentThread();
        // assert head.item == null;
        Node<E> h = head;
        // head结点只是一个“伪”头结点，
        // 所以head.next才是真正的头结点，
        // 要移除的就是head.next
        Node<E> first = h.next;
        // 指向自己，帮助GC。并没有直接删除head，因为Itr为
        // 弱迭代器。可能仍然有迭代器指向head
        h.next = h;
        // head后移
        head = first;
        E x = first.item;
        first.item = null;
        return x;
    }

    /**
     * Locks to prevent both puts and takes.
     */
    void fullyLock() {
        putLock.lock();
        takeLock.lock();
    }

    /**
     * Unlocks to allow both puts and takes.
     */
    void fullyUnlock() {
        takeLock.unlock();
        putLock.unlock();
    }

    /**
     * 取消内部节点p与前驱trail的链接
     */
    void unlink(Node<E> p, Node<E> trail) {
        // assert isFullyLocked();
        p.item = null;
        trail.next = p.next;
        if (last == p)
            last = trail;
        if (count.getAndDecrement() == capacity)
            notFull.signal();
    }

    /**
     * 遍历队列，如果队列中包含o，则返回true
     */
    public boolean contains(Object o) {
        if (o == null) return false;
        // 遍历过程中防止插入/删除，要将两个锁都锁上
        fullyLock();
        try {
            for (Node<E> p = head.next; p != null; p = p.next)
                if (o.equals(p.item))
                    return true;
            return false;
        } finally {
            fullyUnlock();
        }
    }

构造方法

    /**
     * 创建一个“有界”队列(队列大小为Integer.MAX_VALUE)
     */
    public LinkedBlockingQueue() {
        this(Integer.MAX_VALUE);
    }

    /**
     * 通过给定容量创建一个有界队列
     */
    public LinkedBlockingQueue(int capacity) {
        if (capacity <= 0) throw new IllegalArgumentException();
        this.capacity = capacity;
        last = head = new Node<E>(null);
    }

    /**
     * 创建一个容量为Integer.MAX_VALUE的队列，并将集合c中的元素添加到队列中
     */
    public LinkedBlockingQueue(Collection<? extends E> c) {
        this(Integer.MAX_VALUE);
        final ReentrantLock putLock = this.putLock;
        // 因为是构造方法，这里锁是为了保证可见性而不是互斥性
        putLock.lock();
        try {
            int n = 0;
            for (E e : c) {
                if (e == null)
                    throw new NullPointerException();
                if (n == capacity)
                    throw new IllegalStateException("Queue full");
                enqueue(new Node<E>(e));
                ++n;
            }
            count.set(n);
        } finally {
            putLock.unlock();
        }
    }

插入

元素入队操作的整体逻辑大致如下：

1. 先获得putLock
2. 检查队列是否已满
   • 如果已满，则根据不同方法进行处理(返回，阻塞，等待超时等)
   • 如果有剩余容量，则进行下面的逻辑
3. 元素入队
4. 队列中元素数量 +1
5. 如果入队后队列仍有空余，唤醒在notFull条件等待的其他生产者线程
6. 如果队列之前为空，插入后唤醒在notEmpty条件等待的消费者线程。

    /**
     * 在队列尾部插入元素，如果没有可用空间，则阻塞。
     */
    public void put(E e) throws InterruptedException {
        if (e == null) throw new NullPointerException();
        // Note: convention in all put/take/etc is to preset local var
        // holding count negative to indicate failure unless set.
        int c = -1;
        Node<E> node = new Node<E>(e);
        final ReentrantLock putLock = this.putLock;
        final AtomicInteger count = this.count;
        putLock.lockInterruptibly();
        try {
            while (count.get() == capacity) {
                // 如果队列已满，则在notFull条件等待，直到其他
                // 线程从队列中取出元素后，释放notFull条件，并
                // 唤醒该线程
                notFull.await();
            }
            // 入队
            enqueue(node);
            // 元素数量 +1，并返回之前的元素数量
            c = count.getAndIncrement();

            // 如果 插入元素后，数量仍然小于容量
            // 则释放notFull条件
            if (c + 1 < capacity)
                notFull.signal();
        } finally {
            putLock.unlock();
        }

        if (c == 0)
            // 如果在插入前元素数量为0，代表之前队列为空
            // 插入元素后，队列不为空了，释放notEmpty条件
            // 唤醒其他阻塞在notEmpty等待的线程
            signalNotEmpty();
    }

    /**
     * 插入给定元素e到队列尾部。如果插入时队列已满，则阻塞直到
     * 1. 队列有空间
     * 2. 超时退出
     */
    public boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit)
            throws InterruptedException {

        if (e == null) throw new NullPointerException();
        long nanos = unit.toNanos(timeout);
        int c = -1;
        final ReentrantLock putLock = this.putLock;
        final AtomicInteger count = this.count;
        putLock.lockInterruptibly();
        try {
            while (count.get() == capacity) {
                // 如果队列已满则等待
                if (nanos <= 0)
                    // 超时退出
                    return false;
                nanos = notFull.awaitNanos(nanos);
            }
            // 入队
            enqueue(new Node<E>(e));

            // 元素数量 +1，并返回之前的元素数量
            c = count.getAndIncrement();

            if (c + 1 < capacity)
                // 如果 插入元素后，数量仍然小于容量
                // 则释放notFull条件
                notFull.signal();
        } finally {
            putLock.unlock();
        }
        if (c == 0)
            // 如果在插入前元素数量为0，代表之前队列为空
            // 插入元素后，队列不为空了，释放notEmpty条件
            // 唤醒其他阻塞在notEmpty等待的线程
            signalNotEmpty();
        return true;
    }

    /**
     * 插入给定元素e到队列尾部。如果插入时队列已满，则返回false
     */
    public boolean offer(E e) {
        if (e == null) throw new NullPointerException();
        final AtomicInteger count = this.count;
        if (count.get() == capacity)
            // 如果队列已满，直接返回false
            return false;
        int c = -1;
        Node<E> node = new Node<E>(e);
        final ReentrantLock putLock = this.putLock;
        putLock.lock();
        try {
            // 因为两次判断队列是否已满中间可能存在
            // 其他的并发插入。所以需要重新判断
            if (count.get() < capacity) {
                enqueue(node);
                c = count.getAndIncrement();
                if (c + 1 < capacity)
                    notFull.signal();
            }
        } finally {
            putLock.unlock();
        }
        if (c == 0)
            // 如果在插入前元素数量为0，代表之前队列为空
            // 插入元素后，队列不为空了，释放notEmpty条件
            // 唤醒其他阻塞在notEmpty等待的线程
            signalNotEmpty();

        // c开始赋值为-1，只有当入队成功时，才可能>=0
        return c >= 0;
    }

删除/查询

元素出队操作的整体逻辑大致如下：

1. 先获得takeLock
2. 检查队列是否为空
   • 如果为空，则根据不同方法进行处理(返回，阻塞，等待超时等)
   • 如果有元素存在，则进行下面的逻辑
3. 元素出队
4. 队列中元素数量 -1
5. 如果出队后队列中仍有元素，唤醒在notEmoty条件等待的其他消费者线程
6. 如果队列之前已满，出队后唤醒在notFull条件等待的生产者线程。

    /**
     * 删除队列头并返回，如果队列为空，则阻塞直到有其他线程
     * 向队列内添加元素，释放notEmpty条件
     */
    public E take() throws InterruptedException {
        E x;
        int c = -1;
        final AtomicInteger count = this.count;
        final ReentrantLock takeLock = this.takeLock;
        takeLock.lockInterruptibly();
        try {
            while (count.get() == 0) {
                // 如果队列为空则等待
                notEmpty.await();
            }
            // 出队
            x = dequeue();
            // 队列中元素数量-1，并获取之前的容量
            c = count.getAndDecrement();
            if (c > 1)
                // 如果之前的容量大于1，说明队列不为空。
                // 则唤醒其他等待读的线程
                notEmpty.signal();
        } finally {
            takeLock.unlock();
        }
        if (c == capacity)
            // 如果之前队列已满，释放notFull条件
            signalNotFull();
        return x;
    }

    /**
     * 删除队列头并返回，如果队列为空，则阻塞直到
     * 1. 其他线程向队列内插入元素
     * 2. 超时返回null
     */
    public E poll(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
        E x = null;
        int c = -1;
        long nanos = unit.toNanos(timeout);
        final AtomicInteger count = this.count;
        final ReentrantLock takeLock = this.takeLock;
        takeLock.lockInterruptibly();
        try {
            while (count.get() == 0) {
                if (nanos <= 0)
                    // 超时返回null
                    return null;
                nanos = notEmpty.awaitNanos(nanos);
            }
            x = dequeue();
            c = count.getAndDecrement();
            if (c > 1)
                notEmpty.signal();
        } finally {
            takeLock.unlock();
        }
        if (c == capacity)
            signalNotFull();
        return x;
    }

    /**
     * 删除队列头并返回，如果队列为空则返回null
     */
    public E poll() {
        final AtomicInteger count = this.count;
        if (count.get() == 0)
            return null;
        E x = null;
        int c = -1;
        final ReentrantLock takeLock = this.takeLock;
        takeLock.lock();
        try {
            // 因为两次判断队列是否已满中间可能存在
            // 其他的并发删除。所以需要重新判断
            if (count.get() > 0) {
                x = dequeue();
                c = count.getAndDecrement();
                if (c > 1)
                    notEmpty.signal();
            }
        } finally {
            takeLock.unlock();
        }
        if (c == capacity)
            signalNotFull();
        return x;
    }

    /**
     * 返回队列头但不删除，如果队列为空则返回null
     */
    public E peek() {
        if (count.get() == 0)
            return null;
        final ReentrantLock takeLock = this.takeLock;
        takeLock.lock();
        try {
            Node<E> first = head.next;
            if (first == null)
                return null;
            else
                return first.item;
        } finally {
            takeLock.unlock();
        }
    }


    /**
     * 如果队列中存在一个或多个对象o，则删除队列中最早的一个o，并返回true。
     * 否则返回false
     */
    public boolean remove(Object o) {
        if (o == null) return false;
        // 因为需要遍历查找o，防止在此期间有其他插入/删除操作，
        // 要将put/take锁都锁上
        fullyLock();
        try {
            for (Node<E> trail = head, p = trail.next; p != null; trail = p, p = p.next) {
                if (o.equals(p.item)) {
                    // 移除p
                    unlink(p, trail);
                    return true;
                }
            }
            return false;
        } finally {
            fullyUnlock();
        }
    }


    /**
     * 删除所有结点
     */
    public void clear() {
        fullyLock();
        try {
            for (Node<E> p, h = head; (p = h.next) != null; h = p) {
                h.next = h;
                p.item = null;
            }
            head = last;
            // assert head.item == null && head.next == null;
            if (count.getAndSet(0) == capacity)
                notFull.signal();
        } finally {
            fullyUnlock();
        }
    }

迭代器

    private class Itr implements Iterator<E> {
        /*
         * 弱一致性迭代器。始终保留next item，如果hasNext()返回值为true，
         * 即使被take删除了，我们仍然可以将其返回。
         */

        // 下一个要访问的结点
        private Node<E> current;
        // 上一个访问的结点
        private Node<E> lastRet;
        // current.item
        private E currentElement;

        Itr() {
            fullyLock();
            try {
                current = head.next;
                if (current != null)
                    currentElement = current.item;
            } finally {
                fullyUnlock();
            }
        }

        public boolean hasNext() {
            return current != null;
        }

        /**
         * Returns the next live successor of p, or null if no such.
         * <p>
         * Unlike other traversal methods, iterators need to handle both:
         * - dequeued nodes (p.next == p)
         * - (possibly multiple) interior removed nodes (p.item == null)
         */
        private Node<E> nextNode(Node<E> p) {
            for (; ; ) {
                Node<E> s = p.next;
                if (s == p)
                    // 说明p已经被移除，下一个结点为head.next
                    return head.next;
                if (s == null || s.item != null)
                    // s==null，说明p为队尾，后继为null，直接返回
                    // s.item != null 说明s有效没有出队
                    return s;
                p = s;
            }
        }

        public E next() {
            fullyLock();
            try {
                if (current == null)
                    throw new NoSuchElementException();
                E x = currentElement;
                lastRet = current;
                // 返回下一个结点
                current = nextNode(current);
                currentElement = (current == null) ? null : current.item;
                return x;
            } finally {
                fullyUnlock();
            }
        }

        public void remove() {
            if (lastRet == null)
                throw new IllegalStateException();
            fullyLock();
            try {
                Node<E> node = lastRet;
                // 因为lastRet要被移除，所以重置上一次访问的结点
                lastRet = null;
                for (Node<E> trail = head, p = trail.next; p != null; trail = p, p = p.next) {
                    // 因为是单向链表，所以要遍历查找
                    if (p == node) {
                        // 移除p结点
                        unlink(p, trail);
                        break;
                    }
                }
            } finally {
                fullyUnlock();
            }
        }
    }