并发编程之概述阻塞队列(BlockingQueue)

阻塞队列

阻塞队列概述

在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。本文详细介绍了BlockingQueue的核心方法以及各种队列的功能及使用场景。

BlockingQueue核心方法

// 将指定的元素插入到此队列中（如果立即可行且不会违反容量限制），在成功时返回 true，如果当前没有可用空间，则抛出 IllegalStateException。
boolean add(E e);

// 将指定元素插入到此队列的尾部（如果立即可行且不会超出此队列的容量），在成功时返回 true，如果此队列已满，则返回 false。当使用有容量限制的队列时，此方法通常要优于 add 方法，后者可能无法插入元素，而只是抛出一个异常。
boolean offer(E e);

// 可以设定等待的时间，如果在指定的时间内，还不能往队列中加入元素，则返回失败
boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException;

// 把anObject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.
void put(E e) throws InterruptedException;

// 检索并删除此队列的头部,若BlockingQueue为空,阻断进入等待状态直到BlockingQueue有新的数据被加入
E take() throws InterruptedException;

// 检索并删除此队列的头部,如果在指定时间内，队列一旦有数据可取，则立即返回队列中的数据
// 如果超过指定时间还没有数据可取，则返回null
E poll(long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException;

// 从此队列中删除指定元素的单个实例
boolean remove(Object o);

// 从此队列中删除所有可用元素并添加它们给定的集合。这个操作可能更多比重复轮询此队列更有效
// 通过该方法，可以提升获取数据效率；不需要多次分批加锁或释放锁。???
int drainTo(Collection<? super E> c);

常见的阻塞队列

JDK8提供了7种阻塞队列:

• ArrayBlockingQueue：一个由数组结构组成的有界阻塞队列。

• LinkedBlockingQueue：一个由链表结构组成的有界阻塞队列。

• PriorityBlockingQueue：一个支持优先级排序的无界阻塞队列

• DelayQueue：一个使用优先级队列实现的无界阻塞队列

• SynchronousQueue：一个不存储元素的阻塞队列。

• LinkedTransferQueue：一个由链表结构组成的无界阻塞队列。

• LinkedBlockingDeque：一个由链表结构组成的双向阻塞队列。

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1.ArrayBlockingQueue

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。

默认情况下不保证线程公平的访问队列，所谓公平访问队列是指阻塞的线程，可以按照
阻塞的先后顺序访问队列，即先阻塞线程先访问队列。非公平性是对先等待的线程是非公平
的，当队列可用时，阻塞的线程都可以争夺访问队列的资格，有可能先阻塞的线程最后才访问
队列。为了保证公平性，通常会降低吞吐量。

2.LinkedBlockingQueue

LinkedBlockingQueue是一个用链表实现的有界阻塞队列。此队列的默认和最大长度为
Integer.MAX_VALUE。此队列按照先进先出的原则对元素进行排序。

3.PriorityBlockingQueue

PriorityBlockingQueue是一个支持优先级的无界阻塞队列。默认情况下元素采取自然顺序
升序排列。也可以自定义类实现compareTo()方法来指定元素排序规则，或者初始化
PriorityBlockingQueue时，指定构造参数Comparator来对元素进行排序。需要注意的是不能保证
同优先级元素的顺序。

4.DelayQueue

**DelayQueue**是一个支持`延时获取元素`的`无界阻塞`队列。队列使用`PriorityQueue`来实现。队 列中的元素必须实现Delayed接口，在创建元素时可以指定多久才能从队列中获取当前元素。 只有在延迟期满时才能从队列中提取元素。

5.SynchronousQueue

SynchronousQueue是一个不存储元素的阻塞队列。每一个put操作必须等待一个take操作，
否则不能继续添加元素。

它支持公平访问队列。默认情况下线程采用非公平性策略访问队列。使用以下构造方法
可以创建公平性访问的SynchronousQueue，如果设置为true，则等待的线程会采用先进先出的
顺序访问队列。

SynchronousQueue可以看成是一个传球手，负责把生产者线程处理的数据直接传递给消费
者线程。队列本身并不存储任何元素，非常适合传递性场景。SynchronousQueue的吞吐量高于
LinkedBlockingQueue和ArrayBlockingQueue。

6.LinkedBlockingDeque

LinkedBlockingDeque是一个由链表结构组成的双向阻塞队列，即可以从队列的两端插入和移除元素。双向队列因为多了一个操作队列的入口，在多线程同时入队时，也就减少了一半的竞争。

相比于其他阻塞队列，LinkedBlockingDeque多了addFirst、addLast、peekFirst、peekLast等方法，以first结尾的方法，表示插入、获取获移除双端队列的第一个元素。以last结尾的方法，表示插入、获取获移除双端队列的最后一个元素。

7.LinkedTransferQueue

LinkedTransferQueue是一个由链表结构组成的无界阻塞TransferQueue队列。相对于其他阻塞队列，LinkedTransferQueue多了tryTransfer和transfer方法。

LinkedTransferQueue采用一种预占模式。意思就是消费者线程取元素时，如果队列不为空，则直接取走数据，若队列为空，那就生成一个节点（节点元素为null）入队，然后消费者线程被等待在这个节点上，后面生产者线程入队时发现有一个元素为null的节点，生产者线程就不入队了，直接就将元素填充到该节点，并唤醒该节点等待的线程，被唤醒的消费者线程取走元素，从调用的方法返回。我们称这种节点操作为“匹配”方式。

LinkedTransferQueue是ConcurrentLinkedQueue、SynchronousQueue（公平模式下转交元素）、LinkedBlockingQueue（阻塞Queue的基本方法）的超集。而且LinkedTransferQueue更好用，因为它不仅仅综合了这几个类的功能，同时也提供了更高效的实现。