Project Reactor源码分析系列 - SpscLinkedArrayQueue原理分析

之前做reactive streaming的调研，在回压的场景中，都会用到Queue。
周末的时候又有人问到Queue的实现原理，但是印象比较模糊，现在来具体的分析一下，Project Reactor对传统Queue的优化。
当然RxJava也是用到的同样的Queue的实现。

类说明与注释

final class SpscLinkedArrayQueue extends AbstractQueue
		implements BiPredicate

一个无限制的，由阵列支持的单生成器，单用户队列，具有固定的链接大小。
此实现基于JCTools的SPSC算法：SpscUnboundedArrayQueue和SpscUnboundedAtomicArrayQueue，其中SpscUnboundedAtomicArrayQueue由此库的作者之一提供。 值得注意的是，这个类没有填充，也没有涉及前瞻性缓存; 填充对短期使用或突发性使用造成影响，并且前瞻与小队列无关。

数据结构

在分析SpscLinkedArrayQueue队列之前，我们先来了解一下SpscLinkedArrayQueue的第一个神奇之处，它神奇的数据结构。
  SpscLinkedArrayQueue的数据结构主要神奇在它既不是传统的数组，又不是传统的链表，而是数组+链表。我说的好像过于玄乎了，还是具体来看看吧。

在SpscLinkedArrayQueue内部维持着类似于上面的数据结构，链表的每个节点是一个数组，而每个节点数组，最后两位不是用来存储数据，而是倒数第二位用来存储一个标记对象，倒数第一位用来存储下一个节点引用。
  在整个数据结构中，SpscLinkedArrayQueue是不会遍历链表的，而是用一个producerBuffer或者consumerBuffer对象用来指向当前的节点。所以这里存在一个问题，一旦前一个节点被填充满了，producerBuffer就指向了下一个节点，同时一旦前一个节点被消费完毕，consumerBuffer也指向下一个节点，此时前一个节点不会被SpscLinkedArrayQueue复用，而是安安静静的等待自己被GC回收。
  实际上，上面图中的HASH_NEXT不是在固定的位置，也就是说，它不一定在倒数第二位，这种情况待会我们在下面分析时，会详细的解释。但是next指针绝对在该数组的最后一位，这个是毋庸置疑的。

成员变量

了解了SpscLinkedArrayQueue的数据结构，我们开始正式来分析SpscLinkedArrayQueue，当然，我们还是从它的成员变量开始，来看看它成员变量有哪些，分别表示什么含义。

变量名	类型	类型
producerIndex	AtomicLong	这个用来表示当前生产者生成数据的index，实际上这个变量不是指生成数据的index，而是要跟相应的mask计算才是，此变量只增不减。
producerLookAheadStep	int	这个变量用来表示生产者可以往前看的数量，默认为容量的1/4,最大为4096。
producerLookAhead	long	这个变量用来表示index最大的值，也就是说在扩容之前，index能达到的最大值。
producerMask	int	这个变量用跟index计算offset，这个offset才是真正的位置。默认值二进制全为1，也就是2^n - 1。
producerBuffer	AtomicReferenceArray	表示生产者生成的数据放入的节点。这个变量是链表的一个节点。
consumerMask	int	消费者的mask，用来计算当前消费需要消费的数据的位置。默认跟producerMask一样。
consumerBuffer	AtomicReferenceArray	表示消费者当前需要消费的那个数组节点。意义跟producerBuffer差不多
consumerIndex	AtomicLong	表示当前消费者需要消费的数据的index，意义跟producerIndex差不多。
HAS_NEXT	Object	用来表示当前数组节点有下一个节点。

构造方法

我们先来看看SpscLinkedArrayQueue的构造方法，看看它为我们做了哪些初始化。

SpscLinkedArrayQueue(int linkSize) {
		int c = Queues.ceilingNextPowerOfTwo(Math.max(8, linkSize));
		this.producerArray = this.consumerArray = new AtomicReferenceArray<>(c + 1);
		this.mask = c - 1;
	}

根据传入的大小创建bufferArray的大小。这里RxJava的大小都会扩展为2^n。

offer方法

@Override
	public boolean offer(T e) {
		Objects.requireNonNull(e);

		long pi = producerIndex;
		AtomicReferenceArray