J.U.C 阻塞队列(一) - BlockingQueue接口

1 阻塞队列

1.1 如何理解“队列”

队列这个概念非常好理解。你可以把它想象成排队买票，先来的先买，后来的人只能站末尾，不允许插队。先进者先出，这就是典型的“队列”。

相对于栈只支持两个基本操作：入栈 push()和出栈 pop()，对于也只支持两个操作入队 enqueue()，放一个数据到队列尾部；出队 dequeue()，从队列头部取一个元素，因此队列跟栈一样，也是一种操作受限的线性表数据结构

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1.2 阻塞队列

阻塞队列其实就是在队列基础上增加了阻塞操作。简单来说，就是在队列为空的时候，从队头取数据会被阻塞。因为此时还没有数据可取，直到队列中有了数据才能返回；如果队列已经满了，那么插入数据的操作就会被阻塞，直到队列中有空闲位置后再插入数据，然后再返回。

2 BlockingQueue

BlockingQueue是在JDK1.5时，随着J.U.C引入的一个接口：用来描述阻塞队列。

3 BlockingQueue接口方法

public interface BlockingQueue extends Queue {
  
    //将元素插入队列尾部，方法在添加失败（比如队列已满）时，会报异常
    boolean add(E e);

    //将元素插入队列尾部，方法在添加失败（比如队列已满）时，不会抛出异常，值会返回false
    boolean offer(E e);

    //将元素插入队列尾部，方法在添加失败（比如队列已满）时, 会阻塞调用线程直到队列有空闲空间.
    void put(E e) throws InterruptedException;

    //将元素插入队列尾部，方法在添加失败（比如队列已满）时, 会限时阻塞调用线程，直到队列有空闲空间或超时.
    boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException;

    //将队首的元素删除，如果队列为空则抛出异常
    boolean remove(Object o);
    
    //将队首的元素删除，如果队列为空则返回null
    E poll();

    //将队首的元素删除，如果队列为空, 则阻塞调用线程直到队列中有元素.
    E take() throws InterruptedException;

    //将队首的元素删除，如果队列为空,, 则限时阻塞调用线程，直到队列中有元素或超时.
    E poll(long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException;

    //返回剩余可用容量，没有容量限制返回Integer.MAX_VALUE
    int remainingCapacity();

    //是否包含指定元素
    public boolean contains(Object o);
    
    //将当前队列元素写入集合容器c
    int drainTo(Collection c);

    int drainTo(Collection c, int maxElements);
}

和Queue接口比较会发现BlockingQueue接口扩展了4个和阻塞相关的核心方法：put(e)、take()；offer(e, time, unit)、poll(time, unit)。

接口方法分类

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抛出异常：满队列时，执行入队会抛出异常；空队列时执行出队会抛出异常。
返回特殊值：入队操作会返回布尔值；出队操作成功返回操作值，失败返回空值。
一直阻塞：满队列时，执行入队线程会进入条件等待队列，并阻塞；空队列时，执行出队线程会进入条件等待队列，并阻塞。
超时退出：满队列时，执行入队线程会阻塞一段时间，如果超过一定的时间，执行入队线程就会退出。空队列时，执行出队线会阻塞一段时间，如果超过一定的时间，执行出队线程就会退出。

4 BlockingQueue特点

BlockingQueue队列中不能包含null元素；
BlockingQueue接口的实现类都必须是线程安全的，实现类一般通过“锁”保证线程安全；
BlockingQueue 可以是限定容量的。remainingCapacity()方法用于返回剩余可用容量，对于没有容量限制的BlockingQueue实现，该方法总是返回Integer.MAX_VALUE 。

5 BlockingQueue的实现类

类型
JDK7 提供了 7 个阻塞队列。分别是：

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。
LinkedTransferQueue：一个由链表结构组成的无界阻塞队列。
SynchronousQueue：一个不存储元素的阻塞队列。
DelayQueue：一个使用优先级队列实现的无界阻塞队列。
LinkedBlockingDeque：一个由链表结构组成的双向阻塞队列。