阻塞队列概述

阻塞队列（BlockingQueue）常用于生产者和消费者的场景，生产者是向队列里添加元素的线程，消费者是从队列里取元素的线程。阻塞队列就是生产者用来存放元素、消费者用来获取元素的容器。

阻塞队列支持两个附加操作的队列。这两个附加的操作支持阻塞的插入和移除方法。

  1. 支持阻塞的插入方法：意思是当队列满时，队列会阻塞插入元素的线程，直到队列不满。
  2. 支持阻塞的移除方法：意思是在队列为空时，获取元素的线程会等待队列变为非空。

在阻塞队列不可用时，这两个附加操作提供了4种处理方式。

  1. 抛出异常：当队列满时，如果再往队列里插入元素，会抛出IllegalStateException （”Queue full”）异常。当队列空时，从队列里获取元素会抛出NoSuchElementException异常。
  2. 返回特殊值：当往队列插入元素时，会返回元素是否插入成功，成功返回true。如果是移除方法，则是从队列里取出一个元素，如果没有则返回null。
  3. 一直阻塞：当阻塞队列满时，如果生产者线程往队列里put元素，队列会一直阻塞生产者线程，直到队列可用或者响应中断退出。当队列空时，如果消费者线程从队列里take元素，队列会阻塞住消费者线程，直到队列不为空。
  4. 超时退出：当阻塞队列满时，如果生产者线程往队列里插入元素，队列会阻塞生产者线程一段时间，如果超过了指定的时间，生产者线程就会退出。

阻塞队列原理

1. 阻塞队列对比

队列 有界性 锁 数据结构
ArrayBlockingQueue bounded(有界) 加锁 ArrayList
LinkedBlockingQueue optionally-bounded(可选有界) 加锁 LinkedList
PriorityBlockingQueue unbounded(无界) 加锁 Heap(堆)
DelayQueue unbounded 加锁 Heap
SynchronousQueue bounded 加锁 无
LinkedTransferQueue unbounded 加锁 Heap
LinkedBlockingDeque unbounded 无锁 Heap

2. 阻塞队列说明

  1. ArrayBlockingQueue

    • 一个用数组实现的线程安全的有界阻塞队列。
    • 队列按照先进先出（FIFO）的原则对元素进行排序。
    • 默认情况下不保证线程公平的访问队列。

  2. LinkedBlockingQueue

    • 一个用链表实现的有界阻塞队列。
    • 队列按照先进先出的原则对元素进行排序。
    • 队列的默认和最大长度为Integer.MAX_VALUE

  3. PriorityBlockingQueue

    • 一个支持优先级排序的无界阻塞队列。
    • 认情况下元素采取自然顺序升序排列。
    • 可以自定义类实现compareTo()方法或者指定构造参数Comparator来指定元素排序规则
    • 不能保证同优先级元素的顺序

  4. DelayQueue

    • 一个支持延时获取元素的无界阻塞队列。
    • 队列使用PriorityQueue来实现，队列中的元素必须实现Delayed接口。

  5. SynchronousQueue

    • 一个不存储元素的阻塞队列。
    • 每一个put操作必须等待一个take操作，否则不能继续添加元素。
    • 它支持公平访问队列，默认情况下线程采用非公平性策略访问队列。

  6. LinkedTransferQueue

    • 一个由链表结构组成的无界阻塞TransferQueue队列。
    • 相对于其他阻塞队列，LinkedTransferQueue多了tryTransfer和transfer方法。
    • transfer方法：如果当前有消费者正在等待接收元素可以把生产者传入的元素立刻传输给消费者
    • tryTransfer方法：是用来试探生产者传入的元素是否能直接传给消费者。

  7. LinkedBlockingDeque

    • 一个由双向链表实现的双向并发阻塞队列。
    • 该阻塞队列同时支持 FIFO 和 FILO 两种操作方式
    • 双向阻塞队列可以运用在“工作窃取”模式中。

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阻塞队列的取决