Queue 队列体系结构简要分析

一  . 什么是队列

队列是一种特殊的线性表，遵循的原则就是“先入先出”。在我们日常使用中，经常会用来并发操作数据。在并发编程中，有时候需要使用线程安全的队列。如果要实现一个线程安全的队列通常有两种方式：一种是使用阻塞队列，另一种是使用线程同步锁；体系结构如下

 

二 . 阻塞队列和非阻塞队列

• 非阻塞队列

内置的不阻塞队列： PriorityQueue 和 ConcurrentLinkedQueue
　　PriorityQueue 和 ConcurrentLinkedQueue 类在 Collection Framework 中加入两个具体集合实现。 
　　PriorityQueue 类实质上维护了一个有序列表。加入到 Queue 中的元素根据它们的天然排序（通过其 java.util.Comparable 实现）或者根据传递给构造函数的 java.util.Comparator 实现来定位。
　　ConcurrentLinkedQueue 是基于链接节点的、线程安全的队列。并发访问不需要同步。因为它在队列的尾部添加元素并从头部删除它们，所以只要不需要知道队列的大 小，ConcurrentLinkedQueue 对公共集合的共享访问就可以工作得很好。收集关于队列大小的信息会很慢，需要遍历队列。

• 阻塞队列

① 阻塞队列是一种生产消费模式，是一个支持两个附加操作的队列。这两个附加的操作支持阻塞的插入和移除方法

1）支持阻塞的插入方法：意思是当队列满时，队列会阻塞插入元素的线程，直到队列不满

2）支持阻塞的移除方法：意思是在队列为空时，获取元素的线程会等待队列变为非空。阻塞队列常用于生产者和消费者的场景，生产者是向队列里添加元素的线程，消费者是从队列里取元素的线程。阻塞队列就是生产者用来存放元素、消费者用来获取元素的容器

② 实现阻塞的接口：

java.util.concurrent 中加入了 BlockingQueue 接口和五个阻塞队列类。它实质上就是一种带有一点扭曲的 FIFO 数据结构。不是立即从队列中添加或者删除元素，线程执行操作阻塞，直到有空间或者元素可用。
五个队列所提供的各有不同：
　　* ArrayBlockingQueue ：一个由数组支持的有界队列。
　　* LinkedBlockingQueue ：一个由链接节点支持的可选有界队列。
　　* PriorityBlockingQueue ：一个由优先级堆支持的无界优先级队列。
　　* DelayQueue ：一个由优先级堆支持的、基于时间的调度队列。
　　* SynchronousQueue ：一个利用 BlockingQueue 接口的简单聚集（rendezvous）机制

③ api 介绍

add      增加一个元索               如果队列已满，则抛出一个IIIegaISlabEepeplian异常
remove   移除并返回队列头部的元素    如果队列为空，则抛出一个NoSuchElementException异常
element  返回队列头部的元素          如果队列为空，则抛出一个NoSuchElementException异常
offer    添加一个元素并返回true      如果队列已满，则返回false
poll     移除并返问队列头部的元素    如果队列为空，则返回null
peek     返回队列头部的元素          如果队列为空，则返回null
put      添加一个元素                如果队列满，则阻塞
take     移除并返回队列头部的元素     如果队列为空，则阻塞

Queue 接口api：remove、element、offer 、poll、peek 其实是属于Queue接口

阻塞队列的操作可以根据它们的响应方式分为以下三类：aad、remove和element操作在你试图为一个已满的队列增加元素或从空队列取得元素时 抛出异常。当然，在多线程程序中，队列在任何时间都可能变成满的或空的，所以你可能想使用offer、poll、peek方法。这些方法在无法完成任务时 只是给出一个出错示而不会抛出异常

注意：poll和peek方法出错进返回null。因此，向队列中插入null值是不合法的

阻塞操作put和take。put方法在队列满时阻塞，take方法在队列空时阻塞

LinkedBlockingQueue的容量是没有上限的（说的不准确，在不指定时容量为Integer.MAX_VALUE，不要然的话在put时怎么会受阻呢），但是也可以选择指定其最大容量，它是基于链表的队列，此队列按 FIFO（先进先出）排序元素

ArrayBlockingQueue在构造时需要指定容量， 并可以选择是否需要公平性，如果公平参数被设置true，等待时间最长的线程会优先得到处理（其实就是通过将ReentrantLock设置为true来 达到这种公平性的：即等待时间最长的线程会先操作）。通常，公平性会使你在性能上付出代价，只有在的确非常需要的时候再使用它。它是基于数组的阻塞循环队 列，此队列按 FIFO（先进先出）原则对元素进行排序

PriorityBlockingQueue是一个带优先级的 队列，而不是先进先出队列。元素按优先级顺序被移除，该队列也没有上限（看了一下源码，PriorityBlockingQueue是对 PriorityQueue的再次包装，是基于堆数据结构的，而PriorityQueue是没有容量限制的，与ArrayList一样，所以在优先阻塞 队列上put时是不会受阻的。虽然此队列逻辑上是无界的，但是由于资源被耗尽，所以试图执行添加操作可能会导致 OutOfMemoryError），但是如果队列为空，那么取元素的操作take就会阻塞，所以它的检索操作take是受阻的。另外，往入该队列中的元 素要具有比较能力

DelayQueue（基于PriorityQueue来实现的）是一个存放Delayed 元素的无界阻塞队列，只有在延迟期满时才能从中提取元素。该队列的头部是延迟期满后保存时间最长的 Delayed 元素。如果延迟都还没有期满，则队列没有头部，并且poll将返回null。当一个元素的 getDelay(TimeUnit.NANOSECONDS) 方法返回一个小于或等于零的值时，则出现期满，poll就以移除这个元素了。此队列不允许使用 null 元素