ArrayBlockingQueue：并发put和take答案

【问题标题】：ArrayBlockingQueue: concurrent put and takeArrayBlockingQueue：并发put和take
【发布时间】：2014-08-23 20:48:55
【问题描述】：

为什么没有使用LinkedBlockingQueue的方式实现ABQ。我们可以使用 AtomicInteger 来保持 ABQ 中的 Track 计数，这与 LBQ 一样。我们也可以将两把锁用于 ABQ。我偶然发现了关于 SO 的类似问题。 ArrayBlockingQueue uses a single lock for insertion and removal but LinkedBlockingQueue uses 2 separate locks

但我无法理解该问题的答案。我需要帮助来理解如果我们使用两个锁实现 ABQ 会出现的问题。如果有人可以举例说明可能失败的竞争条件，那就太好了。这个问题可以标记为重复，但我真的在寻找更具描述性的答案。这将是一个很大的帮助。

我在这里粘贴了一个代码 http://pastebin.com/ZD1uFy7S 。任何人都可以显示粘贴的代码中是否可能存在竞争条件。

【问题讨论】：

这个问题几乎可以肯定对于 StackOverflow 来说太宽泛了。您正在询问算法的设计。 StackOverflow 应该针对特定的编程问题：例如，“我尝试了这个......示例代码......当我期望它做 Y 时它做了 X。什么给出了？”
如果有两个锁，你可以有更好的吞吐量，就像在 LinkedBlockingQueue 的情况下一样。生产者不需要与消费者竞争
@user3580294，不正确！ LinkedBlockingQueue 不使用两个锁，因为一个不足：一个锁可以提供足够的安全性，但两个可以（在那个算法中）提供相同级别的安全性，但具有更好的安全性性能水平。
在 Array 实现中，两个锁无法提供足够的安全性，因为队列的头尾之间的关系比链接队列中的耦合更紧密。
@jameslarge 实际上并没有要求整个算法，而只是它不使用与 LBQ 相同的策略的一个很好的理由

【解决方案1】：

ArrayBlockingQueue，根据定义，当 put() 发生且其固定数组已满时阻塞等待空间可用。

可用的空间是从 take() 返回的元素。换句话说，固定数组中的元素会随着时间的推移而被重用。 put() 必须将其项目写入数组中的特定位置。

另一方面，LinkedBlockingQueue 是一个链表。对于本次讨论，假设您创建了一个有界的，只是为了使其更类似于 ArrayBlockingQueue。尝试同样的事情：

put() 当 LinkedBlockingQueue 已满时放置一个元素。它将等待一个元素可用。

但在这种情况下，当您执行 take() 时 - 它只会返回 head 值并核对该项目。然后 put() 看到 LinkedBlockingQueue 低于容量。它将其项目链接到列表的尾部。不会像 ArrayBlockingQueue 那样覆盖内存，它必须保持连续。

编辑：这是一种假设性的练习，因为代码不是这样编写的。但无论如何，这里有更多细节，特别是插入和提取方法： http://grepcode.com/file/repository.grepcode.com/java/root/jdk/openjdk/6-b14/java/util/concurrent/ArrayBlockingQueue.java

潜在问题 IF 使用了 2 个锁，AND 现有代码或多或少保持不变：

ArrayBlockingQueue 已满

线程 1：调用 take()，获取锁 A，做它的事情，递减计数到 [容量-1]——但还没有完成

线程 2：调用 put()，在 T1 仍在运行时获取锁 B，将计数增加到 [容量]，释放锁 B

线程 1：信号 notFull()

线程 3：put() 开始执行，即使数组确实已满，也会覆盖一个元素，因为 ArrayBlockingQueue 使用循环增量。

这种情况不会发生在 LinkedBlockingQueue 中。

【讨论】：

当队列已满时我想说的是 atomicCount == 容量，即所有生产者都等到其中一个消费者减少计数。为此，我认为我不需要为每个看跌期权持有消费者。另外，我认为您所说的可能是有道理的，但是仍然缺少某些东西我无法理解..可能是带有可能竞争条件的小代码 sn-p 会有所帮助
可能我无法完全理解，但是您展示的 utrace 条件可以通过 while 循环检查队列已满的条件非常简单地避免。我在粘贴箱中粘贴了一个代码，以显示我在问什么pastebin.com/ZD1uFy7S。您解释的竞态条件不会发生在上面粘贴的代码中。
我还没有在实际使用中逐步完成 pastebin 代码，但我看到的问题是同一个问题：计数增量/减量（即使使用 AtomicInteger）是来自 notFull / 的单独调用notEmpty.signal()。如果 put() 和 take() 使用不同的锁，那么 put() 可能会增加 count，然后 take 会减少它并在 put 信号之前发出信号。或相反亦然。不知道如何才能更清楚地解释它。
@jthalborn 如果你要打折这个场景，你应该解释原因。
@spudone 不，您会看到等待时有一个 while 循环，因此它始终会查看正确的计数。如果不是这种情况，即使 LBQ 会在不覆盖元素但队列超过其大小的意义上失败

【解决方案2】：

我研究了一下。我得出的结论是，ABQ 可以像 LBQ 一样实现。我在粘贴箱中粘贴了一个代码以显示http://pastebin.com/ZD1uFy7S。不以这种方式实现的主要原因是因为代码变得越来越复杂，尤其是因为支持迭代器和性能优势对于更复杂的实现来说并不显着。

【讨论】：

一个问题是您的代码向put() 和take() 路径添加了一个原子增量（实际上是一个CAS 循环）。对于无竞争的场景，这将比更简单的单锁方法慢，并且无竞争的场景很重要。对于更快的竞争场景将取决于您使用的确切细节。
这一行的许多实现完全避免了 count 变量，但这带来了另一个安全问题。