Java综合知识——JAVA中几种重要的队列、使用场景、实现方式与特点

1.1.2 JAVA中几种重要的队列、使用场景、实现方式与特点

一、什么是队列？

队列，实质是一种存储数据的结构，通常用链表或者数组实现。一般具备FIFO（先进先出）的特性，当然也有双端队列（Deque),优先队列等。主要的操作：入队（Enqueue)和出队（Dequeue).

在Java中， 定义了队列的基本操作，接口类型为 java.util.Queue，接口定义如下所示。Queue 定义了两套队列操作方法：

public interface Queue extends Collection {
    //插入元素，成功返回true，失败抛出异常
    boolean add(E e);
​
    //插入元素，成功返回true，失败返回false或抛出异常 
    boolean offer(E e);
​
    //取出并移除头部元素，空队列抛出异常 
    E remove();
​
    //取出并移除头部元素，空队列返回null 
    E poll();
​
    //取出但不移除头部元素，空队列抛出异常 
    E element();
​
    //取出但不移除头部元素，空队列返回null 
    E peek();
​
}

Queue 作为先进先出队列，只能从头部取元素、插入元素到尾部。

Java 同样定义了双向队列 Deque，可以同时在头部、尾部插入和取出元素，接口定义如下所示,针对头部操作方法为 xxxFirst、针对尾部操作方法为 xxxLast：

public interface Deque extends Queue {
    //插入元素到队列头部，失败抛出异常 
    void addFirst(E e);
​
    //插入元素到队列尾部，失败抛出异常  
    void addLast(E e);
​
    //插入元素到队列头部，失败返回false或抛出异常 
    boolean offerFirst(E e);
​
    //插入元素到队列尾部，失败返回false抛出异常  
    boolean offerLast(E e);
​
    //取出并移除头部元素，空队列抛出异常 
    E removeFirst();
​
    //取出并移除尾部元素，空队列抛出异常 
    E removeLast();
​
    //取出并移除头部元素，空队列返回null
    E pollFirst();
​
    //取出并移除尾部元素，空队列返回null
    E pollLast();
​
    //取出但不移除头部元素，空队列抛出异常
    E getFirst();
​
    //取出但不移除尾部元素，空队列抛出异常
    E getLast();
​
    //取出但不移除头部元素，空队列返回null
    E peekFirst();
​
    //取出但不移除尾部元素，空队列返回null
    E peekLast();
​
    //移除指定头部元素，若不存在队列不变，移除成功返回true 
    boolean removeFirstOccurrence(Object o);
​
    //移除指定尾部元素，若不存在队列不变，移除成功返回true 
    boolean removeLastOccurrence(Object o);
​
    //单向队列方法，参考Queue   
    //栈方法，参考栈
    //集合方法，参考集合定义   
}

不仅如此，Java 并发工具包中定义了阻塞队列 BlockingQueue 和 BlockingDueue。阻塞队列在前面的队列定义基础上增加了以下几个方法，来支持阻塞操作：

• take：取出并移除元素，如队列为空则一直阻塞直到有元素；

• put：插入元素，如队列满则一直阻塞直到有空位可以插入元素；

• 可超时的offer：插入元素并指定超时时间，如队列满等待指定的时间；

• 可超时的poll：取出并移除元素，如队列空等待指定的时间。

一般情况下 offer() 和 poll() 方法配合使用，put() 和 take() 阻塞方法配合使用，add() 和 remove() 方法会配合使用，程序中常用的是 offer() 和 poll() 方法，因此这两个方法比较友好，不会报错。

二、队列的分类

Java 中的这些队列可以从不同的维度进行分类，例如可以从阻塞和非阻塞进行分类，也可以从有界和无界进行分类，而本文将从队列的功能上进行分类，例如：优先队列、普通队列、双端队列、延迟队列等

1、阻塞队列与非阻塞队列

1.1 阻塞队列

阻塞队列（Blocking Queue）提供了可阻塞的 put 和 take 方法，它们与可定时的 offer 和 poll 是等价的。如果队列满了 put 方法会被阻塞等到有空间可用再将元素插入；如果队列是空的，那么 take 方法也会阻塞，直到有元素可用。当队列永远不会被充满时，put 方法和 take 方法就永远不会阻塞。在java包"java.util.concurrent"中，提供六个实现了"BlockingQueue"接口的阻塞队列：

1. ArrayBlockingQueue 用数组实现的有界阻塞队列；

2. LinkedBlockingQueue 基于链表实现的有界阻塞队列

3. PriorityBlockingQueue是一个带优先级的队列，基于堆数据结构的；

4. DelayQueue是在PriorityQueue基础上实现的，底层也是数组构造方法，是一个存放Delayed 元素的无界阻塞队列；

5. SynchronousQueue 一个没有容量的队列 ，不会存储数据；

6. LinkedBlockingDeque 是双向链表实现的双向并发阻塞队列；

1.2非阻塞队列

所有无Blocking Queue的都是非阻塞，并且它不会包含 put 和 take 方法。

2、有界队列和无界队列

2.1 有界队列

是指有固定大小的队列，比如设定了固定大小的 ArrayBlockingQueue，又或者大小为 0 的 SynchronousQueue。

2.2 无界队列

指的是没有设置固定大小的队列，但其实如果没有设置固定大小也是有默认值的，只不过默认值是 Integer.MAX_VALUE。

3、双端队列

Deque是一个双端队列接口，继承自Queue接口，Deque的实现类是LinkedList、ArrayDeque、LinkedBlockingDeque，其中LinkedList是最常用的。

4、优先队列

优先队列（PriorityQueue）是一种特殊的队列，它并不是先进先出的，而是优先级高的元素先出队。 优先队列是根据二叉堆实现的。最大堆和最小堆。

5、延迟队列

延迟队列（DelayQueue）是基于优先队列 PriorityQueue 实现的，它可以看作是一种以时间为度量单位的优先的队列，当入队的元素到达指定的延迟时间之后方可出队。

三、队列的使用场景

最典型的就是线程池，不同的线程池都是基于不同的队列来实现多任务等待的。

1.LinkedBlockingQueue使用场景：

在项目的一些核心业务且生产和消费速度相似的场景中:订单完成的邮件/短信提醒。 订单系统中当用户下单成功后，将信息放入ArrayBlockingQueue中，由消息推送系统取出数据进行消息推送提示用户下单成功。如果订单的成交量非常大，那么使用ArrayBlockingQueue就会有一些问题，固定数组很容易被使用完，此时调用的线程会进入阻塞，那么可能无法及时将消息推送出去，所以使用LinkedBlockingQueue比较合适，但是要注意消费速度不能太低，不然很容易内存被使用完。

2.PriorityBlockingQueue使用场景：

在项目上存在优先级的业务：VIP排队购票 用户购票的时候，根据用户不同的等级，优先放到队伍的前面，当存在票源的时候，根据优先级分配

3.DelayQueue使用场景 ：

由于是基于优先级队列实现，但是它比较的是时间，我们可以根据需要去倒叙或者正序排列(一般都是倒叙，用于倒计时)。所以适用于：

订单超时取消功能、网站刷题倒计时 用户下订单未支付开始倒计时，超时则释放订单中的资源，如果取消或者完成支付，我们再将队列中的数据移除掉。

4.SynchronousQueue使用场景：

参考线程池newCachedThreadPool()。 如果我们不确定每一个来自生产者请求数量但是需要很快的处理掉，那么配合SynchronousQueue为每个生产者请求分配一个消费线程是最简洁的办法。

cking Queue）提供了可阻塞的 put 和 take 方法，它们与可定时的 offer 和 poll 是等价的。如果队列满了 put 方法会被阻塞等到有空间可用再将元素插入；如果队列是空的，那么 take 方法也会阻塞，直到有元素可用。当队列永远不会被充满时，put 方法和 take 方法就永远不会阻塞。在java包"java.util.concurrent"中，提供六个实现了