[Java] ArrayBlockingQueue

ArrayBlockingQueue, java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue, ABQ, 고정 크기 블로킹 큐

정의

java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue<E> 는 고정 크기 원형 배열 기반의 BlockingQueue. 생성 시 capacity 를 지정해야 하고 그 이상 늘어나지 않는다.

내부에 단일 ReentrantLock 을 사용 (head/tail 공유). 동시 throughput 은 LinkedBlockingQueue 보다 낮을 수 있지만 메모리 사용량이 예측 가능하고 GC 압력이 작다.

시각화

내부 구조

public class ArrayBlockingQueue<E> ... {
    final Object[] items;          // 원형 배열
    int takeIndex;                  // head
    int putIndex;                   // tail (next slot)
    int count;
    final ReentrantLock lock;
    private final Condition notEmpty;
    private final Condition notFull;
}

notEmpty, notFull 두 ReentrantLock Condition 을 사용. take 가 비어 있으면 notEmpty 에서 대기, put 이 가득 차면 notFull 에서 대기.

동작

public void put(E e) throws InterruptedException {
    lock.lockInterruptibly();
    try {
        while (count == items.length) notFull.await();      // 가득 차면 대기
        enqueue(e);
        notEmpty.signal();                                    // take 대기자 깨움
    } finally { lock.unlock(); }
}

public E take() throws InterruptedException {
    lock.lockInterruptibly();
    try {
        while (count == 0) notEmpty.await();                // 비어 있으면 대기
        E e = dequeue();
        notFull.signal();                                     // put 대기자 깨움
        return e;
    } finally { lock.unlock(); }
}

복잡도

작업	시간
put, take	O(1)
offer, poll, peek	O(1)
contains, remove(Object)	O(n)
순회	O(n), weakly consistent

ArrayBlockingQueue vs LinkedBlockingQueue

항목	ArrayBlockingQueue	LinkedBlockingQueue
크기	항상 bounded	optionally bounded
백킹	원형 배열	linked list
락	단일 ReentrantLock	takeLock + putLock 분리
동시 throughput	낮음 (락 경합)	높음
메모리 / 원소	슬롯 1개	노드 객체 1개
GC 압력	작음 (배열 고정)	큼 (노드 생성/소멸)
공정성 옵션	✓	✗

사용 예

bounded 생산자-소비자

BlockingQueue<Task> queue = new ArrayBlockingQueue<>(100);

// Producer
new Thread(() -> {
    while (running) queue.put(create());
}).start();

// Consumer
new Thread(() -> {
    while (running) process(queue.take());
}).start();

참고

• BlockingQueue
• LinkedBlockingQueue
• ReentrantLock
• Blocking