Queue

Queue

Queue是JDK 5以后引入的新的集合类，它属于Java Collections Framework的成员，在Collection集合中和List/Set是同一级别的接口。通常来讲Queue描述的是一种FIFO的队列，当然不全都是，比如PriorityQueue是按照优先级的顺序（或者说是自然顺序，借助于Comparator接口）。

下图描述了Java Collections Framework中Queue的整个家族体系。

对于Queue而言是在Collection的基础上增加了offer/remove/poll/element/peek方法，另外重新定义了add方法。对于这六个方法，有不同的定义。

****	抛出异常	返回特殊值	操作描述
插入	add(e)	offer(e)	将元素加入到队列尾部
移除	remove()	poll()	移除队列头部的元素
检查	element()	peek()	返回队列头部的元素而不移除此元素

特别说明的是对于Queue而言，规范并没有规定是线程安全的，为了解决这个问题，引入了可阻塞的队列BlockingQueue。对于BlockingQueue而言所有操作的是线程安全的，并且队列的操作可以被阻塞，直到满足某种条件。Queue的另一个子接口Deque描述的是一个双向的队列。与Queue不同的是，Deque允许在队列的头部增加元素和在队列的尾部删除元素。也就是说Deque是一个双向队列。二者功能都有的队列就是BlockingDeque，这种阻塞队列允许在队列的头和尾部分别操作元素，应该说是Queue中功能最强大的实现。

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在JDK 5之前LinkedList就已经存在，而且本身实现都是一种双向队列。所以到了JDK 5以后就将LinkedList同时实现Deque接口，这样LinkedList就又属于Queue的一部分了。

通常情况下Queue都是靠链表结构实现的，但是链表意味着有一些而外的引用开销，如果是双向链表开销就更大了。所以为了节省内存，一种方式就是使用固定大小的数组来实现队列。在这种情况下队列的大小是固定，元素的遍历通过数组的索引进行，很显然这是一种双向链表的模型。ArrayDeque就是这样一种实现。

另外ArrayBlockingQueue也是一种数组实现的队列，但是却没有改造成双向，仅仅实现了BlockingQueue的模型。理论上和ArrayDeque一样也应该容易改造成双向的实现。

PriorityQueue和PriorityBlockingQueue实现了一种排序的队列模型。这很类似与SortedSet，通过队列的Comparator接口或者Comparable元素来排序元素。这种情况下元素在队列中的出入就不是按照FIFO的形式，而是根据比较后的自然顺序来进行。

CocurrentLinkedQueue是一种线程安全却非阻塞的FIFO队列，这种队列通常实现起来比较简单，但是却很有效。在接下来的章节会详细的描述它。

SynchronousQueue是一种特别的BlockingQueue，它只是把一个add/offer操作的元素直接移交给remove/take操作。也就是说它本身不会缓存任何元素，所以严格意义上说来讲并不是一种真正的队列。此队列维护一个线程列表，这些线程等待从队列中加入元素或者移除元素。简单的说，至少有一个remove/take操作时add/offer操作才能成功，同样至少有一个add/offer操作时remove/take操作才能成功。这是一种双向等待的队列模型，出队列等待加入等列，而入队列又等待出队列。这种队列的好处在于能够最大线程的保持吞吐量却又是线程安全的。所以对于一个需要快速处理的任务队列，SynchronousQueue是一个不错的选择。

BlockingQueue还有一种实现DelayQueue，这种实现允许每一个元素(Delayed)带有一个延时时间，当调用take/poll的时候会检测队列头元素这个时间是否<=0，如果满足就是说已经超时了，那么此元素就可以被移除了，否则就会等待。特别说明的是这个头元素应该是最先被超时的元素（这个时间是绝对时间）。这个类设计很巧妙，被用于ScheduledFutureTask来进行定时操作。希望后面会开辟一个章节讲讲这里面的想法。实在不行在讲线程池部分肯定会提到这个。