概述

阻塞队列(BlockingQueue)是一个支持两个附加操作的队列。这两个附加的操作是:在队列为空时,获取元素的线程会等待队列变为非空。当队列满时,存储元素的线程会等待队列可用。阻塞队列常用于生产者和消费者的场景,生产者是往队列里添加元素的线程,消费者是从队列里拿元素的线程。阻塞队列就是生产者存放元素的容器,而消费者也只从容器里拿元素。

  • 当阻塞队列是空的时候线程从队列中获取元素的操作将会被阻塞。
  • 当阻塞队列是满的时候线程往队列里添加元素的操作将会被阻塞。

阻塞队列提供了四种处理方法:

方法\处理方式

抛出异常

返回特殊值

阻塞

超时退出

插入方法

add(e)

offer(e)

put(e)

offer(e,time,unit)

移除方法

remove()

poll()

take()

poll(time,unit)

检查方法

element()

peek()

不可用

不可用

  • 异常:是指当阻塞队列满时候,再往队列里插入元素,会抛出IllegalStateException(“Queue full”)异常。当队列为空时,从队列里获取元素时会抛出NoSuchElementException异常 。
  • 返回特殊值:插入方法会返回是否成功,成功则返回true。移除方法,则是从队列里拿出一个元素,如果没有则返回null
  • 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,直到拿到数据,或者响应中断退出。当队列空时,消费者线程试图从队列里take元素,队列也会阻塞消费者线程,直到队列可用。
  • 超时退出:当阻塞队列满时,队列会阻塞生产者线程一段时间,如果超过一定的时间,生产者线程就会退出。


BlockingQueue接口

BlockingQueue的核心方法:

public interface BlockingQueue<E> extends Queue<E> {

    //将给定元素设置到队列中,如果设置成功返回true, 否则抛出异常。如果是往限定了长度的队列中设置值,推荐使用offer()方法。
    boolean add(E e);

    //将给定的元素设置到队列中,如果设置成功返回true, 否则返回false. e的值不能为空,否则抛出空指针异常。
    boolean offer(E e);

    //将元素设置到队列中,如果队列中没有多余的空间,该方法会一直阻塞,直到队列中有多余的空间。
    void put(E e) throws InterruptedException;

    //将给定元素在给定的时间内设置到队列中,如果设置成功返回true, 否则返回false.
    boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException;

    //从队列中获取值,如果队列中没有值,线程会一直阻塞,直到队列中有值,并且该方法取得了该值。
    E take() throws InterruptedException;

    //在给定的时间里,从队列中获取值,如果没有取到会抛出异常。
    E poll(long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException;

    //获取队列中剩余的空间。
    int remainingCapacity();

    //从队列中移除指定的值。
    boolean remove(Object o);

    //判断队列中是否拥有该值。
    public boolean contains(Object o);

    //将队列中值,全部移除,并发设置到给定的集合中。
    int drainTo(Collection<? super E> c);

    //指定最多数量限制将队列中值,全部移除,并发设置到给定的集合中。
    int drainTo(Collection<? super E> c, int maxElements);
}

阻塞队列的成员

以下成员都实现了BlockingQueue接口

队列

有界性


数据结构

ArrayBlockingQueue

有界

加锁

arrayList

LinkedBlockingQueue

有界,界为integer.MAX_VALUE

加锁

linkedList

PriorityBlockingQueue

无界

加锁

heap

DelayQueue

无界

加锁

heap

SynchronousQueue

有界

加锁


LinkedTransferQueue

无界

加锁

heap

LinkedBlockingDeque

无界

无锁

heap

  • ArrayBlockingQueue:是一个用数组实现的有界阻塞队列,此队列按照先进先出(FIFO)的原则对元素进行排序。支持公平锁和非公平锁。【注:每一个线程在获取锁的时候可能都会排队等待,如果在等待时间上,先获取锁的线程的请求一定先被满足,那么这个锁就是公平的。反之,这个锁就是不公平的。公平的获取锁,也就是当前等待时间最长的线程先获取锁】
  • LinkedBlockingQueue:一个由链表结构组成的有界队列,此队列的长度为Integer.MAX_VALUE。此队列按照先进先出的顺序进行排序。
  • PriorityBlockingQueue: 一个支持线程优先级排序的无界队列,默认自然序进行排序,也可以自定义实现compareTo()方法来指定元素排序规则,不能保证同优先级元素的顺序。
  • DelayQueue: 一个实现PriorityBlockingQueue实现延迟获取的无界队列,在创建元素时,可以指定多久才能从队列中获取当前元素。只有延时期满后才能从队列中获取元素。(DelayQueue可以运用在以下应用场景:1.缓存系统的设计:可以用DelayQueue保存缓存元素的有效期,使用一个线程循环查询DelayQueue,一旦能从DelayQueue中获取元素时,表示缓存有效期到了。2.定时任务调度。使用DelayQueue保存当天将会执行的任务和执行时间,一旦从DelayQueue中获取到任务就开始执行,从比如TimerQueue就是使用DelayQueue实现的。)
  • SynchronousQueue: 一个不存储元素的阻塞队列,每一个put操作必须等待take操作,否则不能添加元素。支持公平锁和非公平锁。SynchronousQueue的一个使用场景是在线程池里。Executors.newCachedThreadPool()就使用了SynchronousQueue,这个线程池根据需要(新任务到来时)创建新的线程,如果有空闲线程则会重复使用,线程空闲了60秒后会被回收。
  • LinkedTransferQueue: 一个由链表结构组成的无界阻塞队列,相当于其它队列,LinkedTransferQueue队列多了transfer和tryTransfer方法。
  • LinkedBlockingDeque: 一个由链表结构组成的双向阻塞队列。队列头部和尾部都可以添加和移除元素,多线程并发时,可以将锁的竞争最多降到一半。



ArrayBlockingQueue

  • 它是一个基于数组结构的有界限的阻塞队列。
  • 此队列按照 **FIFO(先进先出)**原则对元素进行排序。

LinkedBlockingQueue

  • 一个基于链表结构的阻塞队列,此队列按照 **FIFO(先进先出)**排序元素。
  • 有界的,默认大小为 int 类型的最大值。
  • 吞吐量通常要高于 ArrayBlockingQueue

SynchronousQueue

  • 一个不存储元素的阻塞队列。
  • 每个插入操作必须等待另一个线程调用移除操作
  • 每个 put() 对应一个 take()
  • 否则插入操作一直处于阻塞状态,吞吐量通常高于 LinkedBlockingQueue
  • 慎用。