Java 阻塞队列

简介

java 的阻塞队列是应用在多线程中，尤其适合生产者和消费者模式，阻塞队列支持阻塞操作，线程安全，已经实现了繁琐的简单锁和重入锁，不用开发者自己去设置锁。

阻塞队列框架

BlockingQueue框架.jpg

特性

• BlockingQueue不接受 null 元素。
  试图 add、put或 offer一个 null元素时，某些实现会出 NullPointerException。null被用作指示 poll操作失败的警戒值。
• BlockingQueue可以是限定容量的。
  它在任意给定时间都可以有一个 remainingCapacity，超出此容量，便无法无阻塞地 put额外的元素。没有任何内部容量约束的 BlockingQueue总是报告 Integer.MAX_VALUE的剩余容量。
• BlockingQueue 实现主要用于生产者-使用者队列。
  即一个线程向队列添加数据，另外一个线程向队列获取数据。
• BlockingQueue 实现是线程安全的。
  所有排队方法都可以使用内部锁定或其他形式的并发控制来自动达到它们的目的，内部实现了繁琐的线程锁机制。

主要成员ArrayBlockingQueue和LinkedBlockingQueue

ArrayBlockingQueue
基于数组的阻塞队列实现，在ArrayBlockingQueue内部，维护了一个定长数组，以便缓存队列中的数据对象，这是一个常用的阻塞队列，除了一个定长数组外，ArrayBlockingQueue内部还保存着两个整形变量，分别标识着队列的头部和尾部在数组中的位置。
　　ArrayBlockingQueue在生产者放入数据和消费者获取数据，都是共用同一个锁对象，由此也意味着两者无法真正并行运行，这点尤其不同于LinkedBlockingQueue；按照实现原理来分析，ArrayBlockingQueue完全可以采用分离锁，从而实现生产者和消费者操作的完全并行运行。Doug Lea之所以没这样去做，也许是因为ArrayBlockingQueue的数据写入和获取操作已经足够轻巧，以至于引入独立的锁机制，除了给代码带来额外的复杂性外，其在性能上完全占不到任何便宜。 ArrayBlockingQueue和LinkedBlockingQueue间还有一个明显的不同之处在于，前者在插入或删除元素时不会产生或销毁任何额外的对象实例，而后者则会生成一个额外的Node对象。这在长时间内需要高效并发地处理大批量数据的系统中，其对于GC的影响还是存在一定的区别。而在创建ArrayBlockingQueue时，我们还可以控制对象的内部锁是否采用公平锁，默认采用非公平锁。

LinkedBlockingQueue
基于链表的阻塞队列，同ArrayListBlockingQueue类似，其内部也维持着一个数据缓冲队列（该队列由一个链表构成），当生产者往队列中放入一个数据时，队列会从生产者手中获取数据，并缓存在队列内部，而生产者立即返回；只有当队列缓冲区达到最大值缓存容量时（LinkedBlockingQueue可以通过构造函数指定该值），才会阻塞生产者队列，直到消费者从队列中消费掉一份数据，生产者线程会被唤醒，反之对于消费者这端的处理也基于同样的原理。而LinkedBlockingQueue之所以能够高效的处理并发数据，还因为其对于生产者端和消费者端分别采用了独立的锁来控制数据同步，这也意味着在高并发的情况下生产者和消费者可以并行地操作队列中的数据，以此来提高整个队列的并发性能。
作为开发者，我们需要注意的是，如果构造一个LinkedBlockingQueue对象，而没有指定其容量大小，LinkedBlockingQueue会默认一个类似无限大小的容量（Integer.MAX_VALUE），这样的话，如果生产者的速度一旦大于消费者的速度，也许还没有等到队列满阻塞产生，系统内存就有可能已被消耗殆尽了。

主要区别

1. ArrayBlockingQueue基于数组实现，初始化时必须设定长度。
   LinkedBlockingQueue基于链表实现，不限定长度，定时默认长度是Integer.MAX_VALUE.
2. ArrayBlockingQueue用的是共同锁，即生产者和消费者是串行执行，不能并行执行。
   LinkedBlockingQueue用的是分离锁，即生产者和消费者是并行执行。
3. ArrayBlockingQueue在插入或者删除对象时候不会产生额外的对象。
   LinkedBlockingQueue在插入或者删除对象时候会产生额外的对象Node。

作为开发者，我们需要注意的是，如果构造一个LinkedBlockingQueue对象，而没有指定其容量大小，LinkedBlockingQueue会默认一个类似无限大小的容量（Integer.MAX_VALUE），这样的话，如果生产者的速度一旦大于消费者的速度，也许还没有等到队列满阻塞产生，系统内存就有可能已被消耗殆尽了。