Java阻塞队列之BlockingQueue

阻塞队列BlockingQueue

阻塞队列（BlockingQueue）是一个支持两个附加操作的队列。这两个附加的操作是：在队列为空时，获取元素的线程会等待队列变为非空。当队列满时，存储元素的线程会等待队列可用。阻塞队列常用于生产者和消费者的场景，生产者是往队列里添加元素的线程，消费者是从队列里拿元素的线程。阻塞队列就是生产者存放元素的容器，而消费者也只从容器里拿元素。

jdk提供的有7个阻塞队列：

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

ArrayBlockingQueue是一个用数组实现的有界阻塞队列。此队列按照先进先出（FIFO）的原则对元素进行排序。默认情况下不保证访问者公平的访问队列，所谓公平访问队列是指阻塞的所有生产者线程或消费者线程，当队列可用时，可以按照阻塞的先后顺序访问队列，即先阻塞的生产者线程，可以先往队列里插入元素，先阻塞的消费者线程，可以先从队列里获取元素。

LinkedBlockingQueue是一个用链表实现的有界阻塞队列。此队列的默认和最大长度为Integer.MAX_VALUE。此队列按照先进先出的原则对元素进行排序。

PriorityBlockingQueue是一个支持优先级的无界队列。默认情况下元素采取自然顺序排列，也可以通过比较器comparator来指定元素的排序规则。元素按照升序排列。

DelayQueue是一个支持延时获取元素的无界阻塞队列。队列使用PriorityQueue来实现。队列中的元素必须实现Delayed接口，在创建元素时可以指定多久才能从队列中获取当前元素。只有在延迟期满时才能从队列中提取元素。

SynchronousQueue是一个不存储元素的阻塞队列。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。SynchronousQueue可以看成是一个传球手，负责把生产者线程处理的数据直接传递给消费者线程。队列本身并不存储任何元素，非常适合于传递性场景,比如在一个线程中使用的数据，传递给另外一个线程使用，SynchronousQueue的吞吐量高于LinkedBlockingQueue 和 ArrayBlockingQueue。

LinkedTransferQueue是一个由链表结构组成的无界阻塞TransferQueue队列。相对于其他阻塞队列，LinkedTransferQueue多了tryTransfer和transfer方法。

实现原理：

当线程试图向BlockingQueue放入元素时，如果队列已满，则线程被阻塞，当线程试图从中取出一个元素时，如果队列为空，则该线程会被阻塞，

查阅jdk源码：

/**
     * Inserts the specified element at the tail of this queue, waiting
     * for space to become available if the queue is full.
     *
     * @throws InterruptedException {@inheritDoc}
     * @throws NullPointerException {@inheritDoc}
     */
     /**
     插入元素到队列的队尾，如果队列满了则等到有空间才进行插入
     */
    public void put(E e) throws InterruptedException {
        checkNotNull(e);
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lockInterruptibly();
        try {
            while (count == items.length)
                notFull.await();
            insert(e);
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

/**
如果队列不存在元素，则线程阻塞直到有元素
才能进行take操作
*/
 public E take() throws InterruptedException {
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lockInterruptibly();
        try {
            while (count == 0)
                notEmpty.await();
            return extract();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    ```
    
以下为典型的生产者消费者模式的应用：
```Java
public class BlockingQueue_Test {
	//设定食物容量为5，超过5就必须由消费者进行消费
	private BlockingQueue<Object> food_capacity = new ArrayBlockingQueue<>(5);
	
	public void produce_food (Object food) {
		try {
			food_capacity.put(food);
			System.out.println("生产食物");
		} catch (Exception e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
	public void consume_food (Object food) {
		try {
			food_capacity.take();
			System.out.println("消费食物");
		} catch (Exception e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
	/*
	 * 生产线程
	 */
	static class producer extends Thread {
		private BlockingQueue_Test blo;
		Object food = new Object();
		public producer(BlockingQueue_Test blo) {
			this.blo=blo;
		}
		@Override
		public void run() {
			blo.produce_food(food);
		}
	}
	/*
	 * 消费者线程
	 */
	static class consume extends Thread {
		private BlockingQueue_Test blo;
		Object food = new Object();
		public consume(BlockingQueue_Test blo) {
			this.blo=blo;
		}
		@Override
		public void run() {
			blo.consume_food(food);
		}
	}
	
	public static void main(String[] args) {
			BlockingQueue_Test blockingQueue_Test = new BlockingQueue_Test();
			for(int i=0;i<10;i++) {
				new Thread(new producer(blockingQueue_Test)).start();
			}
			for(int j=0;j<10;j++) {
				new Thread(new consume(blockingQueue_Test)).start();
			}
	}

}

输出：

生产食物
生产食物
生产食物
生产食物
生产食物
生产食物
消费食物
消费食物
生产食物
消费食物
消费食物
消费食物
消费食物
消费食物
生产食物
生产食物
生产食物
消费食物
消费食物
消费食物