简介

阻塞队列支持两个特性：1.当队列为空时，阻塞获取队列中元素的线程；2.当队列已满时，阻塞插入队列中元素的线程。J.U.C 中提供的高效且线程安全的队列，可以帮助我们更快速地编写多线程程序。

java 同步阻塞队列 java中阻塞队列_阻塞队列

核心元素

  • ArrayBlockingQueue：队列为定长数组，生产消费共用一把锁（默认非公平）；
  • LinkedBlockingQueue：队列为链表，采用独立锁；
  • DelayQueue：无大小限制，插入不会阻塞，
  • PriorityBlockingQueue：非公平锁
  • SynchronousQueue：无缓冲的阻塞队列

队列的原理

ArrayBlockingQueue

  • 基于数组实现，队列中的元素遵循 FIFO，一旦创建不可改变；
  • 数组头存放在队列中停留时间最长的元素，获取元素会从头部获取；反之亦然；
  • 生产消费公用一把锁(默认非公平)，两个条件，notEmpty,notFull;

LinkedBlockingQueue

  • 基于链表实现，队列中的元素遵循FIFO，可选容量（默认Integer.MAX_VALUE）；
  • 两把锁，两个条件；takeLock-notEmpty；putLock-notFull；

PriorityBlockingQueue

  • 组合 PriorityQueue（仅用于序列化），不接受null元素和不能够比较的元素；
    如果不使用自定义的比较器，则队列中的元素必须实现Comparable接口；
  • 底层物理结构采用数组数据结构，逻辑结构采用平衡二叉堆（小根堆，堆排序），初始化的容量大小为11，最大上限接受 Integer.MAX_VALUE-8，超大容量时可能会造成 OutOfMemoryError；
  • 当队列中的元素处于同一优先级时，此队列中的元素操作并不能保证这些元素的访问顺序；如果需要一个严格的顺序，可以自己定义一个第二排序关键字（demo参见jdk文档）；
  • 一把锁(非公平，不可选)，一个条件，lock-not Empty；

DelayQueue<E extends Delayed>

  • 队列中的元素必须实现 Delayed 接口，只有到期元素（到期仅在元素的 getDelay(TimeUnit.NANOSECONDS) 方法返回值小于等于零时发生）才能取出；但是队列的size方法会计算到期和未到期的元素总数；此队列中不允许插入null元素；
  • 组合 PriorityQueue，所有队列操作基于 PriorityQueue;
  • leader，主从模式，用于优化阻塞通知的线程元素leader
  • 一把锁(非公平，不可选)，一个条件，lock-available；

使用技巧

  • 阻塞队列不接受null的元素，add, put or offer 一个null值会抛出NullPointerException；
  • 阻塞队列可能有容量限制，阻塞队列没有容量限制的默认容量为 Integer.MAX_VALUE（231-1）
  • 阻塞队列主要被设计用于生产者和消费者的队列，但却实现了集合的接口；因此一些操作并不是很高效，比如 remove 方法，但却故意保留下来，用于个边场景，比如队列中的消息被取消了；
  • 阻塞队列是线程安全的，所有的队列操作都是通过内部锁（ReentrantLock）或其他形式的并发手段实现的原子操作。但是批量的集合操作，并不一定是原子操作，例如 addAll, containsAll , retainAll and removeAll；
  • 阻塞队列并不支持 close 或 shutdown 的操作来表明没有元素将会被添加，这种需求应该独立实现，比如通用的策略是生产者插入一个特殊对象，消费者获取到这个对象后，理解为队列中不会再有元素。
  • 内存一致性原则：插入元素a的操作先行发生（ happen-before）于访问或移除元素a的操作

应用场景

  • ArrayBlockingQueue, LinkedBlockingQueue - 生产消费者模式问题，队列元素FIFO；
  • PriorityBlockingQueue - 自定义优先级排列
  • DelayQueue - 缓存系统设计，任务超时处理，替代定时任务扫描的业务场景