java基础：java.util.concurrent.BlockingQueue

前言

在一次项目中，偶遇BlockingQueue，特意查了下用法，使我对它有了强列的兴趣，经过一段时间的学习，将其整理，用图解的方式解释，方便理解。

介绍

在新增的Concurrent包中，BlockingQueue很好的解决了多线程中，如何高效安全“传输”数据的问题。通过这些高效并且线程安全的队列类，为我们快速搭建高质量的多线程程序带来极大的便利。图(1_0.png)是其继承关系，可以看出BlockingQueue是继承Queue。

1_0.png

我们先看下BlockQueue的图解，通过图，我们很容易理解，这是一个队列基本图，在图中，我们发现入队有put、add、offer三个方法。出队有poll、remove、take三个方法，就是因为这几个方法，使得blockQueue功能很强大。

1_1.png

put、add、offer 区别

• put
  把Object加到BlockingQueue里,如果BlockQueue没有空间,则调用此方法的线程被阻断直到BlockingQueue里面有空间再继续.
• add
  把Object加到BlockingQueue里,即如果BlockingQueue可以容纳,则返回true,否则报异常
• offer
  将Object加到BlockingQueue里,即如果BlockingQueue可以容纳,则返回true,否则返回false.
  当队列满了，put阻塞，等有了再加，add直接报错，offer返回状态

poll、remove、take 区别

• take
  取走BlockingQueue里排在首位的对象,若BlockingQueue为空,阻断进入等待状态直到Blocking有新的对象被加入为止
• remove
  取走BlockingQueue里排在首位的对象,若不能立即取出,则抛出异常
• poll
  取走BlockingQueue里排在首位的对象,若不能立即取出,则可以等time参数规定的时间,
  　　　　取不到时返回null;
  当队列空了，take取不到就等，remove就抛异常，poll就返回null

阻塞模型

1. 当队列满了，再往队列里put数据就会出现线程等待，模型如下

   
   
   

   Paste_Image.png

2. 当队列空了，再往队列里take数据，就会出现线程等待，模型如下

Paste_Image.png

实现了BlockingQueue的类

Paste_Image.png

我们常用的队列就linkedBlockingQueue和ArrayBlockingQueue。

LinkedBlockingQueue 和 ArrayBlockingQueue

• 区别
  我们区分下LinkedBlockingQueue和ArrayBlockingQueue，凡是linked打头的都是内部维护一个链表，Array打头的是维护一个数组，实现方式不一样，功能也有所区别。
• LinkedBlockingQueue是内部维护一个链表，当执行put方法时，程序会先获得一个重入锁，防止多线程同时操作产生数据不正确，然后后生成一个数据节点（Node）添加到链表的最后面。如果队列满，则使用java.util.concurrent.locks.Condition的await()方法来阻塞继续添加。
  这是put方法源码：
  public void put(E e) throws InterruptedException {
  if (e == null) throw new NullPointerException();
  int c = -1;
  final ReentrantLock putLock = this.putLock;
  final AtomicInteger count = this.count;
  putLock.lockInterruptibly();
  try {
  while (count.get() == capacity) {
  notFull.await();
  }
  enqueue(e);
  c = count.getAndIncrement();
  if (c + 1 < capacity)
  notFull.signal();
  } finally {
  putLock.unlock();
  }
  if (c == 0)
  signalNotEmpty();
  }
  take()取数据也用了await()方法，了解原理后，发现取数据时当链表为空时，就阻塞。
  这是take()方法源码：
  public E take() throws InterruptedException {
  E x;
  int c = -1;
  final AtomicInteger count = this.count;
  final ReentrantLock takeLock = this.takeLock;
  takeLock.lockInterruptibly();
  try {
  while (count.get() == 0) {
  notEmpty.await();
  }
  x = dequeue();
  c = count.getAndDecrement();
  if (c > 1)
  notEmpty.signal();
  } finally {
  takeLock.unlock();
  }
  if (c == capacity)
  signalNotFull();
  return x;
  }
• ArrayBlockingQueue是内部维护一个数组，当执行put方法时，程序也会先获得一个重入锁，防止多纯种同时操作数组，然后直接插入到数组上面，这里和linkedBlockingQueue有个区别就是不会产生一个新的对象节点，开销上插入比LinkedBlockQueue节省空间。
  这是put方法源码：
  public void put(E e) throws InterruptedException {
  if (e == null) throw new NullPointerException();
  final E[] items = this.items;
  final ReentrantLock lock = this.lock;
  lock.lockInterruptibly();
  try {
  try {
  while (count == items.length)
  notFull.await();
  } catch (InterruptedException ie) {
  notFull.signal(); // propagate to non-interrupted thread
  throw ie;
  }
  insert(e);
  } finally {
  lock.unlock();
  }
  }

• 总结

这两个队列的实现几乎都是相似的，我们可以理解成对应的数组和链表的实现。并且是线程安全的，在特定场景中使用特定的实现类能保证高效和空间的合理性。