并发之BlockingQueue

并发包中BlockingQueue的类关系图如下：

public interface BlockingQueue extends Queue {
    /**
     * 往队尾增加元素，如果队列已满则抛出IllegalStateException异常
     */
    boolean add(E e);

    /**
     * 往队尾增加元素，如果队列满则返回false
     */
    boolean offer(E e);

    /**
     * 往队尾添加元素，如果队列满则阻塞
     */
    void put(E e) throws InterruptedException;

    /**
     * 往队尾增加元素，如果队列满等待timeout时间，如果仍无法添加，则返回false
     */
    boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException;

    /**
     * 从队列中取出队头元素,如果队列为空则阻塞
     */
    E take() throws InterruptedException;

    /**
     * 从队列中取出队头元素，如果为空则返回false
     */
    E poll();

    /**
     * 从队列中取出队头元素,如果队列空等待timeout时间，如果仍无法获取，则返回false
     */
    E poll(long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException;

    /**
     * 从队列中取出队头元素,如果队列为空则抛出NoSuchElementException异常
     */
    E remove();

    /**
     * 从队列中移除o对象（调用equals()比较），如果不存在或者队列为空，则返回false。如队列中存在多个o对象，则移除第一个
     */
    boolean remove(Object o);

    /**
     * 取出队头元素但不删除，如果队列为空则抛出NoSuchElementException异常
     */
    E element();

     /**
     * 取出队头元素但不删除，如果队列为空则返回null
     */
    E peek();

    /**
     * 返回队列剩余空间
     */
    int remainingCapacity();

    /**
     * 查询队列中是否存在o对象
     */
    public boolean contains(Object o);

    /**
     * 删除队列中于c的公共元素
     */
    int drainTo(Collectionsuper E> c);

    /**
     * 删除队列中于c的公共元素，最多删除maxElements个
     */
    int drainTo(Collectionsuper E> c, int maxElements);
}

操作	抛出异常	返回boolean/null	阻塞
入队	add	offer	put
出队	remove	poll	take
查看队头	element	peek

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• ArrayBlockingQueue

使用ReentrantLock进行同步，用数组实现双向队列来保存元素，创建ArrayBlockingQueue需要指定队列的大小，不像ArrayList可以拓容，是一种有界队列。

ArrayBlockingQueue重要包含如下几个成员变量

    /** 保存元素的数组 */
    final Object[] items;

    /** 队头元素位置 */
    int takeIndex;

    /** 队尾元素位置（待入队位置） */
    int putIndex;

    /** 队列中的元素个数 */
    int count;

• LinkedBlockingQueue

使用有头结点链表实现队列，类似LinkedList，其最大节点数可达到Integer.MAX_VALUE。

• LinkedBlockingDeque

使用链表实现的双向队列，最大节点数为Integer.MAX_VALUE。

• PriorityBlockingQueue

优先阻塞队列使用数组存储队列元素，实则使用了大根堆来实现。大根堆的性质可以保证有线队列的堆顶元素一定为整个堆中最大的（但是不保证堆内有序）。
队列的初始大小为11，最大容量为Integer.MAX_VALUE - 8，每当原数组容量不够时，将会调用拓容方法，尤其注意，拓容前会释放队列的锁。

private void tryGrow(Object[] array, int oldCap) {
    lock.unlock(); // must release and then re-acquire main lock
    Object[] newArray = null;
    if (allocationSpinLock == 0 &&
        UNSAFE.compareAndSwapInt(this, allocationSpinLockOffset,
                                 0, 1)) {
        try {
            int newCap = oldCap + ((oldCap < 64) ?
                                   (oldCap + 2) : // grow faster if small
                                   (oldCap >> 1));
            if (newCap - MAX_ARRAY_SIZE > 0) {    // possible overflow
                int minCap = oldCap + 1;
                if (minCap < 0 || minCap > MAX_ARRAY_SIZE)
                    throw new OutOfMemoryError();
                newCap = MAX_ARRAY_SIZE;
            }
            if (newCap > oldCap && queue == array)
                newArray = new Object[newCap];
        } finally {
            allocationSpinLock = 0;
        }
    }
    if (newArray == null) // back off if another thread is allocating
        Thread.yield();
    lock.lock();
    //queue == array这个判断条件是为了判断此时队列是否已经被其他线程拓容
    if (newArray != null && queue == array) {
        queue = newArray;
        System.arraycopy(array, 0, newArray, 0, oldCap);
    }
}

拓容具体逻辑为当原容量小于64时，需要快速增长，所以每次增长100%+2，当原容量大于等于64时则增长50%。

由于拓容过程没有使用同步锁，所以有可能多个线程同时拓容，所以拓容完需要判断此时队列的数组是否还是原来拓容前的数组，如果是，则将原来的元素拷贝到新数组中（拷贝前需要重新获取队列的锁）

由于队列内部使用的数据结构为大根堆，所以队列的入队和出队相当于堆排序中的插入和删除操作，在此不再赘述。

• DelayQueue

使用了优先队列（小根堆）来保存每个元素的时延，时延最小的将会最先出队。当调用出队方法时，会取出队头元素，并获取其时延delay，如果delay小于等于0，则表示时延已到，则出队，否则当前调用await(delay)方法，等待delay纳秒以后被唤醒。

• SynchronousQueue
• LinkedTransferQueue

未完