BlockingQueue

JAVA中的阻塞队列

一.什么是阻塞队列？

阻塞队列是一个在队列基础上又支持了两个附加操作的队列。

2个附加操作：

支持阻塞的插入方法：队列满时，队列会阻塞插入元素的线程，直到队列不满。
支持阻塞的移除方法：队列空时，获取元素的线程会等待队列变为非空。

二.阻塞队列的应用场景

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。简而言之，阻塞队列是生产者用来存放元素、消费者获取元素的容器。

三.几个方法

在阻塞队列不可用的时候，上述2个附加操作提供了4种处理方式（以下来自JDK1.8文档）：

image.png

从上表我们可以看出，当队列满时，如果我们插入元素，那么会有抛异常、返回特定值、阻塞和超时退出4种情况。相对于取元素（队列空）也有这4种情况。

四.JAVA里的阻塞队列

JAVA 7 提供了7个阻塞队列，如下

①：ArrayBlockingQueue 数组结构组成的有界阻塞队列。

此队列按照先进先出（FIFO）的原则对元素进行排序，但是默认情况下不保证线程公平的访问队列，即如果队列满了，那么被阻塞在外面的线程对队列访问的顺序是不能保证线程公平（即先阻塞，先插入）的。

②：LinkedBlockingQueue一个由链表结构组成的有界阻塞队列

此队列按照先出先进的原则对元素进行排序

③：PriorityBlockingQueue支持优先级的无界阻塞队列

④：DelayQueue支持延时获取元素的无界阻塞队列，即可以指定多久才能从队列中获取当前元素

⑤：SynchronousQueue不存储元素的阻塞队列，每一个put必须等待一个take操作，否则不能继续添加元素。并且他支持公平访问队列。

⑥：LinkedTransferQueue由链表结构组成的无界阻塞TransferQueue队列。相对于其他阻塞队列，多了tryTransfer和transfer方法

transfer方法，如果当前有消费者正在等待接收元素（take或者待时间限制的poll方法），transfer可以把生产者传入的元素立刻传给消费者。如果没有消费者等待接收元素，则将元素放在队列的tail节点，并等到该元素被消费者消费了才返回。
tryTransfer方法，用来试探生产者传入的元素能否直接传给消费者。如果没有消费者在等待，则返回false。和上述方法的区别是该方法无论消费者是否接收，方法立即返回。而transfer方法是必须等到消费者消费了才返回。
⑦：LinkedBlockingDeque链表结构的双向阻塞队列，优势在于多线程入队时，减少一半的竞争。

五.原理

其实阻塞队列实现阻塞同步的方式很简单，使用的就是Lock锁的多条件（condition）阻塞控制。使用BlockingQueue封装了根据条件阻塞线程的过程，而我们就不用关心繁琐的await/signal操作了。

public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair) {

        if (capacity <= 0)
            throw new IllegalArgumentException();
        //创建数组    
        this.items = new Object[capacity];
        //创建锁和阻塞条件
        lock = new ReentrantLock(fair);   
        notEmpty = lock.newCondition();
        notFull =  lock.newCondition();
    }
//添加元素的方法
public void put(E e) throws InterruptedException {
        checkNotNull(e);
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lockInterruptibly();
        try {
            while (count == items.length)
                notFull.await();
            //如果队列不满就入队
            enqueue(e);
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
 //入队的方法
 private void enqueue(E x) {
        final Object[] items = this.items;
        items[putIndex] = x;
        if (++putIndex == items.length)
            putIndex = 0;
        count++;
        notEmpty.signal();
    }
 //移除元素的方法
 public E take() throws InterruptedException {
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lockInterruptibly();
        try {
            while (count == 0)
                notEmpty.await();
            return dequeue();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
 //出队的方法
 private E dequeue() {
        final Object[] items = this.items;
        @SuppressWarnings("unchecked")
        E x = (E) items[takeIndex];
        items[takeIndex] = null;
        if (++takeIndex == items.length)
            takeIndex = 0;
        count--;
        if (itrs != null)
            itrs.elementDequeued();
        notFull.signal();
        return x;