• 在之前的線程池的介紹中我們看到了很多阻塞隊(duì)列珊搀，這篇文章我們主要來說說阻塞隊(duì)列的事。
• 阻塞隊(duì)列也就是 BlockingQueue 衰猛，這個類是一個接
• 口拙绊，同時繼承了 Queue 接口，這兩個接口都是在JDK5 中加入的 枢希。
• BlockingQueue 阻塞隊(duì)列是線程安全的桌吃，在我們業(yè)務(wù)中是會經(jīng)常頻繁使用到的，如典型的生產(chǎn)者消費(fèi)的場景苞轿，生產(chǎn)者只需要向隊(duì)列中添加茅诱，而消費(fèi)者負(fù)責(zé)從隊(duì)列中獲取。

• 如上圖展示搬卒，我們生產(chǎn)者線程不斷的put 元素到隊(duì)列瑟俭，而消費(fèi)者從中take 出元素處理，這樣實(shí)現(xiàn)了任務(wù)與執(zhí)行任務(wù)類之間的解耦契邀，任務(wù)都被放入到了阻塞隊(duì)列中摆寄，這樣生產(chǎn)者和消費(fèi)者之間就不會直接相互訪問實(shí)現(xiàn)了隔離提高了安全性。

并發(fā)隊(duì)列

• 上面是 Java 中隊(duì)列Queue 類的類圖蹂安，我們可以看到它分為兩大類椭迎，阻塞隊(duì)列與非阻塞隊(duì)列
• 阻塞隊(duì)列的實(shí)現(xiàn)接口是 BlockingQueue 而非阻塞隊(duì)列的接口是 ConcurrentLinkedQueue , 本文主要介紹阻塞隊(duì)列，非阻塞隊(duì)列不再過多闡述
• BlockingQueue 主要有下面六個實(shí)現(xiàn)類田盈，分別是 ArrayBlockingQueue畜号、LinkedBlockingQueue、SynchronousQueue允瞧、DelayQueue简软、PriorityBlockingQueue、LinkedTransferQueue 述暂。這些阻塞隊(duì)列有著各自的特點(diǎn)和適用場景痹升，后面詳細(xì)介紹。
• 非阻塞隊(duì)列的典型例子如 ConcurrentLinkedQueue , 它不會阻塞線程畦韭，而是利用了 CAS 來保證線程的安全疼蛾。
• 其實(shí)還有一個隊(duì)列和 Queue 關(guān)系很緊密，那就是Deque艺配，這其實(shí)是 double-ended-queue 的縮寫察郁，意思是雙端隊(duì)列衍慎。它的特點(diǎn)是從頭部和尾部都能添加和刪除元素，而我們常見的普通隊(duì)列Queue 則是只能一端進(jìn)一端出皮钠，即FIFO稳捆。

阻塞隊(duì)列特點(diǎn)

• 阻塞隊(duì)列的特點(diǎn)就在于阻塞，它可以阻塞線程麦轰，讓生產(chǎn)者消費(fèi)者得以平衡乔夯，阻塞隊(duì)列中有兩個關(guān)鍵方法 Put 和 Take方法

take方法

• take方法的功能是獲取并移除隊(duì)列的頭結(jié)點(diǎn)，通常在隊(duì)列里有數(shù)據(jù)的時候是可以正常移除的款侵∧┘觯可是一旦執(zhí)行 take 方法的時候，隊(duì)列里無數(shù)據(jù)喳坠，則阻塞鞠评，直到隊(duì)列里有數(shù)據(jù)茂蚓。一旦隊(duì)列里有數(shù)據(jù)了壕鹉，就會立刻解除阻塞狀態(tài)，并且取到數(shù)據(jù)聋涨。過程如圖所示：

put方法

• put方法插入元素時晾浴，如果隊(duì)列沒有滿，那就和普通的插入一樣是正常的插入牍白，但是如果隊(duì)列已滿脊凰，那么就無法繼續(xù)插入，則阻塞茂腥，直到隊(duì)列里有了空閑空間狸涌。如果后續(xù)隊(duì)列有了空閑空間，比如消費(fèi)者消費(fèi)了一個元素最岗，那么此時隊(duì)列就會解除阻塞狀態(tài)帕胆，并把需要添加的數(shù)據(jù)添加到隊(duì)列中。過程如圖所示：

是否有界（容量有多大）

• 此外般渡，阻塞隊(duì)列還有一個非常重要的屬性懒豹，那就是容量的大小，分為有界和無界兩種驯用。
• 無界隊(duì)列意味著里面可以容納非常多的元素脸秽，例如 LinkedBlockingQueue的上限是 Integer.MAX_VALUE，約為 2 的 31 次方蝴乔，是非常大的一個數(shù)记餐，可以近似認(rèn)為是無限容量，因?yàn)槲覀儙缀鯚o法把這個容量裝滿薇正。
• 但是有的阻塞隊(duì)列是有界的片酝，例如 ArrayBlockingQueue如果容量滿了巩剖，也不會擴(kuò)容，所以一旦滿了就無法再往里放數(shù)據(jù)了钠怯。

阻塞隊(duì)列常見方法

• 首先我們從常用的方法出發(fā)佳魔，根據(jù)各自的特點(diǎn)我們可以大致分為三個大類，如下表所示：

• 如上面所示主要的八個方法，相對都比較簡單薄疚，下面我們通過實(shí)際代碼演示的方式來認(rèn)識

拋異常類型[add碧信、remove、element]

add

• 向隊(duì)列中添加一個元素街夭。如果隊(duì)列是有界隊(duì)列砰碴，當(dāng)隊(duì)列已滿時再添加則拋出異常提示，如下：

        BlockingQueue queue = new ArrayBlockingQueue(2);
        queue.add(1);
        queue.add(2);
        queue.add(3);

• 上述代碼中我們創(chuàng)建了一個阻塞隊(duì)列容量為2板丽，當(dāng)我們使用 add 向其中添加元素呈枉，當(dāng)添加到第三個時則會拋出異常如下：

remove

• remove 方法是從隊(duì)列中刪除隊(duì)列的頭節(jié)點(diǎn)，同時會返回該元素埃碱。當(dāng)隊(duì)列中為空時執(zhí)行 remove 方法時則會拋出異常猖辫，代碼如下：

    private static void groupRemove() {
        BlockingQueue queue = new ArrayBlockingQueue(2);
        queue.add("i-code.online");
        System.out.println(queue.remove());
        System.out.println(queue.remove());
    }

• 上述代碼中，我們可以看到砚殿，我們想隊(duì)列中添加了一個元素 i-code.online , 之后通過 remove 方法進(jìn)行刪除啃憎，當(dāng)執(zhí)行第二次remove 時隊(duì)列內(nèi)已無元素，則拋出異常瓮具。如下：

element

• element 方法是獲取隊(duì)列的頭元素荧飞，但是并不是刪除該元素，這也是與 remove 的區(qū)別名党，當(dāng)隊(duì)列中沒有元素后我們再執(zhí)行 element 方法時則會拋出異常叹阔，代碼如下：

    private static void groupElement() {
        BlockingQueue queue = new ArrayBlockingQueue(2);
        queue.add("i-code.online");
        System.out.println(queue.element());
        System.out.println(queue.element());
    }
    private static void groupElement2() {
        BlockingQueue queue = new ArrayBlockingQueue(2);
        System.out.println(queue.element());
    }

• 上面兩個方法分別演示了在有元素和無元素的情況element 的使用。在第一個方法中并不會報(bào)錯传睹，因?yàn)槭自匾恢贝嬖诘亩保诙€方法中因?yàn)榭盏模話伋霎惓＃缦陆Y(jié)果：

image

無異常類型[offer睛藻、poll启上、peek]

offer

• offer 方法是向隊(duì)列中添加元素, 同時反饋成功與失敗，如果失敗則返回 false 店印，當(dāng)隊(duì)列已滿時繼續(xù)添加則會失敗冈在，代碼如下：

    private static void groupOffer() {
        BlockingQueue queue = new ArrayBlockingQueue(2);
        System.out.println(queue.offer("i-code.online"));
        System.out.println(queue.offer("云棲簡碼"));
        System.out.println(queue.offer("AnonyStar"));
    }

• 如上述代碼所示，我們向一個容量為2的隊(duì)列中通過offer 添加元素按摘，當(dāng)添加第三個時包券，則會反饋 false ，如下結(jié)果：

true
true
false

poll

• poll 方法對應(yīng)上面 remove 方法炫贤，兩者的區(qū)別就在于是否會在無元素情況下拋出異常溅固，poll 方法在無元素時不會拋出異常而是返回null ，如下代碼：

    private static void groupPoll() {
        BlockingQueue queue = new ArrayBlockingQueue(2);
        System.out.println(queue.offer("云棲簡碼")); //添加元素
        System.out.println(queue.poll()); //取出頭元素并且刪除
        System.out.println(queue.poll());

    }

• 上面代碼中我們創(chuàng)建一個容量為2的隊(duì)列兰珍，并添加一個元素侍郭，之后調(diào)用兩次poll方法來獲取并刪除頭節(jié)點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)第二次調(diào)用時為null 掠河，因?yàn)殛?duì)列中已經(jīng)為空了亮元，如下：

true
null

peek

• peek 方法與前面的 element 方法是對應(yīng)的 ，獲取元素頭節(jié)點(diǎn)但不刪除口柳，與其不同的在于peek 方法在空隊(duì)列下并不會拋出異常苹粟，而是返回 null，如下：

    private static void groupPeek() {
        BlockingQueue queue = new ArrayBlockingQueue(2);
        System.out.println(queue.offer(1));
        System.out.println(queue.peek());
        System.out.println(queue.peek());
    }
    private static void groupPeek2() {
        BlockingQueue queue = new ArrayBlockingQueue(2);
        System.out.println(queue.peek());
    }

• 如上述代碼所示跃闹，我么們分別展示了非空隊(duì)列與空隊(duì)列下peek 的使用，結(jié)果如下：

阻塞類型[put毛好、take]

put

• put 方法是向隊(duì)列中添加一個元素望艺，這個方法是阻塞的，也就是說當(dāng)隊(duì)列已經(jīng)滿的情況下肌访，再put元素時則會阻塞找默，直到隊(duì)列中有空位.

take

• take 方法是從隊(duì)列中獲取頭節(jié)點(diǎn)并且將其移除，這也是一個阻塞方法吼驶，當(dāng)隊(duì)列中已經(jīng)沒有元素時惩激，take 方法則會進(jìn)入阻塞狀態(tài)，直到隊(duì)列中有新的元素進(jìn)入蟹演。

常見的阻塞隊(duì)列

ArrayBlockingQueue

• ArrayBlockingQueue 是一個我們常用的典型的有界隊(duì)列风钻，其內(nèi)部的實(shí)現(xiàn)是基于數(shù)組來實(shí)現(xiàn)的，我們在創(chuàng)建時需要指定其長度酒请，它的線程安全性由 ReentrantLock 來實(shí)現(xiàn)的骡技。

public ArrayBlockingQueue(int capacity) {...}
public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair) {...}

• 如上所示，ArrayBlockingQueue 提供的構(gòu)造函數(shù)中，我們需要指定隊(duì)列的長度布朦，同時我們也可以設(shè)置隊(duì)列是都是公平的囤萤，當(dāng)我們設(shè)置了容量后就不能再修改了，符合數(shù)組的特性是趴，此隊(duì)列按照先進(jìn)先出（FIFO）的原則對元素進(jìn)行排序涛舍。
• 和 ReentrantLock一樣，如果 ArrayBlockingQueue被設(shè)置為非公平的唆途，那么就存在插隊(duì)的可能做盅；如果設(shè)置為公平的，那么等待了最長時間的線程會被優(yōu)先處理窘哈，其他線程不允許插隊(duì)吹榴，不過這樣的公平策略同時會帶來一定的性能損耗，因?yàn)榉枪降耐掏铝客ǔ哂诠降那闆r滚婉。

LinkedBlockingQueue

• 從它的名字我們可以知道图筹，它是一個由鏈表實(shí)現(xiàn)的隊(duì)列，這個隊(duì)列的長度是 Integer.MAX_VALUE 让腹，這個值是非常大的远剩，幾乎無法達(dá)到，對此我們可以認(rèn)為這個隊(duì)列基本屬于一個無界隊(duì)列（也又認(rèn)為是有界隊(duì)列）骇窍。此隊(duì)列按照先進(jìn)先出的順序進(jìn)行排序瓜晤。

SynchronousQueue

• synchronousQueue 是一個不存儲任何元素的阻塞隊(duì)列，每一個put操作必須等待take操作腹纳，否則不能添加元素痢掠。同時它也支持公平鎖和非公平鎖。
• synchronousQueue 的容量并不是1嘲恍，而是0足画。因?yàn)樗旧聿粫钟腥魏卧兀侵苯觽鬟f的佃牛，synchronousQueue 會把元素從生產(chǎn)者直接傳遞給消費(fèi)者淹辞，在這個過程中能夠是不需要存儲的
• 在我們之前介紹過的線程池 CachedThreadPool 就是利用了該隊(duì)列。Executors.newCachedThreadPool()俘侠，因?yàn)檫@個線程池它的最大線程數(shù)是Integer.MAX_VALUE象缀，它是更具需求來創(chuàng)建線程，所有的線程都是臨時線程爷速，使用完后空閑60秒則被回收央星，

PriorityBlockingQueue

• PriorityBlockingQueue是一個支持優(yōu)先級排序的無界阻塞隊(duì)列，可以通過自定義實(shí)現(xiàn) compareTo()方法來指定元素的排序規(guī)則遍希，或者通過構(gòu)造器參數(shù) Comparator來指定排序規(guī)則等曼。但是需要注意插入隊(duì)列的對象必須是可比較大小的，也就是 Comparable的，否則會拋出 ClassCastException異常禁谦。
• 它的 take方法在隊(duì)列為空的時候會阻塞胁黑，但是正因?yàn)樗菬o界隊(duì)列，而且會自動擴(kuò)容州泊，所以它的隊(duì)列永遠(yuǎn)不會滿丧蘸，所以它的 put方法永遠(yuǎn)不會阻塞，添加操作始終都會成功

DelayQueue

• DelayQueue 是一個實(shí)現(xiàn)PriorityBlockingQueue的延遲獲取的無界隊(duì)列遥皂。具有“延遲”的功能力喷。
• DelayQueue 應(yīng)用場景：1. 緩存系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：可以用DelayQueue保存緩存元素的有效期，使用一個線程循環(huán)查詢DelayQueue演训，一旦能從DelayQueue中獲取元素時弟孟，表示緩存有效期到了。2. 定時任務(wù)調(diào)度样悟。使用DelayQueue保存當(dāng)天將會執(zhí)行的任務(wù)和執(zhí)行時間拂募，一旦從DelayQueue中獲取到任務(wù)就開始執(zhí)行，從比如TimerQueue就是使用DelayQueue實(shí)現(xiàn)的窟她。
• 它是無界隊(duì)列陈症，放入的元素必須實(shí)現(xiàn) Delayed接口，而 Delayed接口又繼承了 Comparable接口震糖，所以自然就擁有了比較和排序的能力录肯，代碼如下：

public interface Delayed extends Comparable<Delayed> {
    long getDelay(TimeUnit unit);
}

• 可以看出 Delayed接口繼承 Comparable，里面有一個需要實(shí)現(xiàn)的方法吊说，就是 getDelay论咏。這里的 getDelay方法返回的是“還剩下多長的延遲時間才會被執(zhí)行”，如果返回 0 或者負(fù)數(shù)則代表任務(wù)已過期疏叨。

• 元素會根據(jù)延遲時間的長短被放到隊(duì)列的不同位置潘靖，越靠近隊(duì)列頭代表越早過期。

• 
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