队列（Queue）：与栈相对的一种数据结构， 集合（Collection）的一个子类。队列允许在一端进行插入操作，而在另一端进行删除操作的线性表，栈的特点是后进先出，而队列的特点是先进先出。队列的用处很大，比如实现消息队列。Queue 类关系图，如下图所示：

java队列排序 java队列类型_阻塞队列


注：为了让读者更直观地理解，上图为精简版的 Queue 类关系图。本文如无特殊说明，内容都是基于 Java 1.8 版本。

队列（Queue）

1）Queue 分类

从上图可以看出 Queue 大体可分为以下三类。

  1. 双端队列：双端队列（Deque）是 Queue 的子类也是 Queue 的补充类，头部和尾部都支持元素插入和获取。
  2. 阻塞队列：阻塞队列指的是在元素操作时（添加或删除），如果没有成功，会阻塞等待执行。例如，当添加元素时，如果队列元素已满，队列会阻塞等待直到有空位时再插入。
  3. 非阻塞队列：非阻塞队列和阻塞队列相反，会直接返回操作的结果，而非阻塞等待。双端队列也属于非阻塞队列。

2）Queue 方法说明

  • add(E)：添加元素到队列尾部，成功返回 true，队列超出时抛出异常；
  • offer(E)：添加元素到队列尾部，成功返回 true，队列超出时返回 false；
  • remove()：删除元素，成功返回 true，失败返回 false；
  • poll()：获取并移除此队列的第一个元素，若队列为空，则返回 null；
  • peek()：获取但不移除此队列的第一个元素，若队列为空，则返回 null；
  • element()：获取但不移除此队列的第一个元素，若队列为空，则抛异常。

阻塞队列

1）BlockingQueue

BlockingQueue 在 java.util.concurrent 包下，其他阻塞类都实现自 BlockingQueue 接口，BlockingQueue 提供了线程安全的队列访问方式，当向队列中插入数据时，如果队列已满，线程则会阻塞等待队列中元素被取出后再插入；当从队列中取数据时，如果队列为空，则线程会阻塞等待队列中有新元素再获取。BlockingQueue 核心方法插入方法：

  • add(E)：添加元素到队列尾部，成功返回 true，队列超出时抛出异常；
  • offer(E)：添加元素到队列尾部，成功返回 true，队列超出时返回 false ；
  • put(E)：将元素插入到队列的尾部，如果该队列已满，则一直阻塞。

删除方法：

  • remove(Object)：移除指定元素，成功返回 true，失败返回 false；
  • poll()： 获取并移除队列的第一个元素，如果队列为空，则返回 null；
  • take()：获取并移除队列第一个元素，如果没有元素则一直阻塞。

检查方法：

  • peek()：获取但不移除队列的第一个元素，若队列为空，则返回 null。

2）LinkedBlockingQueue

LinkedBlockingQueue 是一个由链表实现的有界阻塞队列，容量默认值为 Integer.MAX_VALUE，也可以自定义容量，建议指定容量大小，默认大小在添加速度大于删除速度情况下有造成内存溢出的风险，LinkedBlockingQueue 是先进先出的方式存储元素。

3）ArrayBlockingQueue

ArrayBlockingQueue 是一个有边界的阻塞队列，它的内部实现是一个数组。它的容量是有限的，我们必须在其初始化的时候指定它的容量大小，容量大小一旦指定就不可改变。ArrayBlockingQueue 也是先进先出的方式存储数据，ArrayBlockingQueue 内部的阻塞队列是通过重入锁 ReenterLock 和 Condition 条件队列实现的，因此 ArrayBlockingQueue 中的元素存在公平访问与非公平访问的区别，对于公平访问队列，被阻塞的线程可以按照阻塞的先后顺序访问队列，即先阻塞的线程先访问队列。而非公平队列，当队列可用时，阻塞的线程将进入争夺访问资源的竞争中，也就是说谁先抢到谁就执行，没有固定的先后顺序。

4）DelayQueue

DelayQueue 是一个支持延时获取元素的无界阻塞队列，队列中的元素必须实现 Delayed 接口，在创建元素时可以指定延迟时间，只有到达了延迟的时间之后，才能获取到该元素。实现了 Delayed 接口必须重写两个方法 ，getDelay(TimeUnit) 和 compareTo(Delayed)，

非阻塞队列

ConcurrentLinkedQueue

优先级队列

PriorityQueue

PriorityQueue 注意的点：

  1. PriorityQueue 是非线程安全的，在多线程情况下可使用 PriorityBlockingQueue 类替代；
  2. PriorityQueue 不允许插入 null 元素。

相关面试题

1.ArrayBlockingQueue 和 LinkedBlockingQueue 的区别是什么？

答：ArrayBlockingQueue 和 LinkedBlockingQueue 都实现自阻塞队列 BlockingQueue，它们的区别主要体现在以下几个方面：

  • ArrayBlockingQueue 使用时必须指定容量值，LinkedBlockingQueue 可以不用指定；
  • ArrayBlockingQueue 的最大容量值是使用时指定的，并且指定之后就不允许修改；而 LinkedBlockingQueue 最大的容量为 Integer.MAX_VALUE；
  • ArrayBlockingQueue 数据存储容器是采用数组存储的；而 LinkedBlockingQueue 采用的是 Node 节点存储的。

2.LinkedList 中 add() 和 offer() 有什么关系？

答：add() 和 offer() 都是添加元素到队列尾部。offer 方法是基于 add 方法实现的。

3.Queue 和 Deque 有什么区别？

答：Queue 属于一般队列，Deque 属于双端队列。一般队列是先进先出，也就是只有先进的才能先出；而双端队列则是两端都能插入和删除元素。

4.LinkedList 属于一般队列还是双端队列？

答：LinkedList 实现了 Deque 属于双端队列，因此拥有 addFirst(E)、addLast(E)、getFirst()、getLast() 等方法。

5.Java 中常见的阻塞队列有哪些？

答：Java 中常见的阻塞队列如下：

  • ArrayBlockingQueue，由数组结构组成的有界阻塞队列；
  • PriorityBlockingQueue，支持优先级排序的无界阻塞队列；
  • SynchronousQueue，是一个不存储元素的阻塞队列，会直接将任务交给消费者，必须等队列中的添加元素被消费后才能继续添加新的元素；
  • LinkedBlockingQueue，由链表结构组成的阻塞队列；
  • DelayQueue，支持延时获取元素的无界阻塞队列。

6.有界队列和无界队列有哪些区别？

答：有界队列和无界队列的区别如下：

  • 有界队列：有固定大小的队列叫做有界队列，比如：new ArrayBlockingQueue(6)，6 就是队列的大小。
  • 无界队列：指的是没有设置固定大小的队列，这些队列的特点是可以直接入列，直到溢出。它们并不是真的无界，它们最大值通常为 Integer.MAXVALUE，只是平常很少能用到这么大的容量（超过 Integer.MAXVALUE），因此从使用者的体验上，就相当于 “无界”。

总结

队列（Queue）按照是否阻塞可分为：阻塞队列 BlockingQueue 和 非阻塞队列。其中，双端队列 Deque 也属于非阻塞队列，双端队列除了拥有队列的先进先出的方法之外，还拥有自己独有的方法，如 addFirst()、addLast()、getFirst()、getLast() 等，支持首未插入和删除元素。队列中比较常用的两个队列还有 PriorityQueue（优先级队列）和 DelayQueue（延迟队列），可使用延迟队列来实现延迟消息队列，这也是面试中比较常考的问题之一。需要面试朋友对延迟队列一定要做到心中有数，动手写一个消息队列也是非常有必要的。