并发(九)–阻塞队列

一、什么是阻塞队列？

阻塞队列就是一种支持阻塞的插入和移除操作的特殊容器。

在多线程中，所谓阻塞：在某些情况下会挂起线程（阻塞），一旦条件满足，被挂起的线程又回自动被唤醒。

为什么需要BlockingQueue：好处：我们不需要关心什么时候需要阻塞线程，什么时候需要唤醒线程，因为这一切BlockingQueue都给你一手包办了。

阻塞的插入：当队列满时，向队列中插入元素的线程会被阻塞，直到队列中有元素被移除，即队列不满时，阻塞的线程才能继续向队列中插入元素；

阻塞的移除：当队列中没有元素时，即队列为空时，从队列中移除元素的线程就会被阻塞，直到队列中有新的元素被添加，即队列中有元素时，阻塞的线程才能继续从队列中移除元素；

阻塞队列的常见操作如下：

抛出异常：只要超过其边界就会报异常。当队列满时，如果再往队列中插入元素，会抛出IllegalStateException（“Queue full”）异常。当队列空时，从队列里获取元素会抛出NoSuchElementException异常。

返回特殊值：超过边界时返回false（成功为true，失败为false）。当往队列插入元素时，会返回元素是否插入成功，成功返回true。如果是移除方法，则是从队列里取出一个元素，如果没有则返回null。

一直阻塞：当阻塞队列满时，如果生产者线程往队列里put元素，队列会一直阻塞生产者线程，直到队列可用或者响应中断退出。当队列空时，如果消费者线程从队列里take元素，队列会阻塞消费者线程，直到队列不为空。

超时退出：当阻塞队列满时，如果生产者线程往队列里面插入元素，队列会阻塞生产者线程一段时间，如果超过了指定时间，生产者线程就会退出。

常见的几种阻塞队列：

BlockingQueue是一个接口，主要有下面7种实现类：

ArrayBlockingQueue：基于数组的阻塞队列实现，在其内部，维护了一个定长数组，以便缓存队列中的数据对象，其内部没实现读写分离，也就意味着生产和消费不能完全并行，长度是需要自己定义的，可以指定先进先出或者先进后出，也被称为“有界队列”

LinkedBlockingQueue：基于链表的阻塞队列，跟ArrayBlockingQueue类似，其内部也维持着一个数据缓冲队列（该队列由一个链表构成），LinkedBlockingQueue之所以能够高效的处理并发数据，是因为其内部实现采用分离锁（读写分离两个锁），从而实现生产者和消费者操作完全并发执行，也是一个“无界队列”

PriorityBlockingQueue：基于优先级的阻塞队列（优先级的判断通过构造函数传入的Compator（比较器）对象决定，也就是说传入队列的对象必须实现Comparable接口），在实现PriorityBlockingQueue时，内部控制线程同步的锁采用的是公平锁，是一个“无界队列”（PriorityBlockingQueue调用take后需要重新排序，调一次重新排一次）

DelayQueue：带有延迟时间的无界阻塞Queue，其中的元素只有当指定的延迟时间到了，才能够从队列中获取该元素。DelayQueue中的元素必须实现Delayed接口，DelayQueue是一个没有大小限制的队列，应用场景比较多，比如对缓存超时的数据进行移除，任务超时处理，空间连接的关闭等等

SynchronousQueue：不存储任何元素的队列，生产者产生的数据直接会被消费者获取并消费，即每一个put操作必须等待一个take操作，否则不能继续添加元素，或者你可以理解为是只能存储一个元素的队列，存一个就满了，该元素必须被移除掉，才能继续添加。

LinkedTransferQueue：一个由链表结构组成的无界阻塞传输队列，主要体现在LinkedTransferQueue多2个方法：

• transfer(E)：如果当前有消费者正在等待消费，则生产者直接把元素传输给消费者，如果当前没有消费者正在等待消费，则生产者将元素存放在队列的tail节点上，并等到该元素被消费才返回（采用自旋等待）；
• tryTransfer(E)：将元素立刻传输给一个等待接收元素的线程，如果没有消费者就会返回false，而不将元素放入队列；
• tryTransfer(E,long,TimeUnit)：将元素立刻给消费者，如果没有消费者就等待指定时间。时间到时，如果还没有消费者则失败返回false；

LinkedBlockingDeque：由链表结构组成的双向阻塞队列，即可以从队列的两端插入和移出元素。

二、阻塞队列的底层实现：

阻塞队列的底层主要使用的还是之前我们介绍过得**等待通知机制来实现的**，等待通知机制在阻塞队列中具体体现为如下思想： ：当生产者往一个满队列中添加元素时，生产者会被阻塞，当消费者从该队列中消费了一个元素后，会通知阻塞的插入操作的生产者线程，告诉它当前队列不满，可以继续执行添加操作。我们通过下面源码可以更好的理解这一点：

final ReentrantLock lock;
/** Condition for waiting takes */
private final Condition notEmpty;
/** Condition for waiting puts */
private final Condition notFull;public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair) {if (capacity <= 0)throw new IllegalArgumentException();this.items = new Object[capacity];lock = new ReentrantLock(fair);// 使用condition模式等待通知notEmpty = lock.newCondition();notFull =  lock.newCondition();}public void put(E e) throws InterruptedException {checkNotNull(e);final ReentrantLock lock = this.lock;lock.lockInterruptibly();try {while (count == items.length)// 当队列满时，阻塞notFull.await();// 否则继续添加元素insert(e);} finally {lock.unlock();}}private void insert(E x) {items[putIndex] = x;putIndex = inc(putIndex);++count;// 添加元素时会唤醒等待移出数据的take线程notEmpty.signal();}public E take() throws InterruptedException {final ReentrantLock lock = this.lock;lock.lockInterruptibly();try {while (count == 0)// 当队列为空时，获取数据的线程等待notEmpty.await();// 否则就取出元素，并且唤醒等待的put线程return extract();} finally {lock.unlock();}}private E extract() {final Object[] items = this.items;E x = this.<E>cast(items[takeIndex]);items[takeIndex] = null;takeIndex = inc(takeIndex);--count;// 唤醒等待的put线程notFull.signal();return x;}

感谢并参考：

https://www.javazhiyin.com/50848.html#m