Java阻塞队列详解-优快云博客

1.阻塞队列

阻塞队列（BlockingQueue）是一个支持两个附加操作的队列。这两个附加的操作支持阻塞
的插入和移除方法。

支持阻塞的插入方法：意思是当队列满时，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：意思是在队列为空时，获取元素的线程会等待队列变为非空。

2.Java里的阻塞队列

ArrayBlockingQueue
LinkedBlockingQueue
PriorityBlockingQueue
DelayQueue
SynchronousQueue
LinkedTransferQueue
LinkedBlockingDeque

1.ArrayBlockingQueue

ArrayBlockingQueue是一个由数组结构组成的有界阻塞队列，按FIFO原则对元素进行排序。

默认情况下不保证线程公平的访问队列，所谓公平访问队列是指阻塞的线程，可以按照阻塞的先后顺序访问队列。为了公平性，通常会降低吞吐量。

ArrayBlockingQueue fairQueue = new ArrayBlockingQueue(1000,true);

	public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair) {
			if (capacity <= 0)
				throw new IllegalArgumentException();
			this.items = new Object[capacity];
			lock = new ReentrantLock(fair);
			notEmpty = lock.newCondition();
			notFull = lock.newCondition();
		}

访问者的公平性是使用可重入锁实现的

2.LinkedBlockingQueue

LinkedBlockingQueue是一个由链表结构组成的有界阻塞队列，此队列的默认和最大长度为Integer.MAX_VALUE，按照先进先出的原则对元素进行排序。

3.PriorityBlockingQueue

PriorityBlockingQueue是一个支持优先级的无界阻塞队列。默认情况下元素采取自然顺序升序排列。也可以自定义类实现compareTo()方法来指定元素排序规则，或者初始化PriorityBlockingQueue时，指定构造参数Comparator来对元素进行排序。需要注意的是不能保证同优先级元素的顺序。

4.DelayQueue

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。应用场景如下：

缓存系统的设计：可以用DelayQueue保存缓存元素的有效期，使用一个线程循环查询DelayQueue，一旦能从DelayQueue中获取元素时，表示缓存有效期到了。
定时任务调度：使用DelayQueue保存当天将会执行的任务和执行时间，一旦从DelayQueue中获取到任务就开始执行，比如TimerQueue就是使用DelayQueue实现的。

5.SynchronousQueue

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。

它支持公平访问队列，默认情况下线程采用非公平性策略访问队列。使用以下构造方法
可以创建公平性访问的SynchronousQueue。

public SynchronousQueue(boolean fair) {
   transferer = fair new TransferQueue() : new TransferStack();
}

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，非常适合传递性场景。SynchronousQueue的吞吐量高于LinkedBlockingQueue和ArrayBlockingQueue。

6.LinkedTransferQueue

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。

（1）transfer方法

如果当前有消费者正在等待接收元素（消费者使用take()方法或带时间限制的poll()方法时），transfer方法可以把生产者传入的元素立刻transfer（传输）给消费者。如果没有消费者在等待接收元素，transfer方法会将元素存放在队列的tail节点，并等到该元素被消费者消费了才返回。

（2）tryTransfer方法

tryTransfer方法是用来试探生产者传入的元素是否能直接传给消费者。如果没有消费者等
待接收元素，则返回false。和transfer方法的区别是tryTransfer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

LinkedBlockingDeque是一个由链表结构组成的双向阻塞队列。所谓双向队列指的是可以从队列的两端插入和移出元素。在初始化LinkedBlockingDeque时可以设置容量防止其过度膨胀。另外，双向阻塞队列可以运用在“工作窃取”模式中。

3.阻塞队列的实现原理

使用通知模式实现，ArrayBlockingQueue使用了Condition来实现。

private final Condition notFull;
	private final Condition notEmpty;

	public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair) {
	// 省略其他代码
	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)
				notFull.await();
			insert(e);
		} finally {
			lock.unlock();
		}
	}

	public E take() throws InterruptedException {
		final ReentrantLock lock = this.lock;
		lock.lockInterruptibly();
		try {
			while (count == 0)
				notEmpty.await();
			return extract();
		} finally {
			lock.unlock();
		}
	}

	private void insert(E x) {
		items[putIndex] = x;
		putIndex = inc(putIndex);
		++count;
		notEmpty.signal();
	}

当往队列里插入一个元素时，如果队列不可用，那么阻塞生产者主要通过LockSupport.park（this）来实现。

public final void await() throws InterruptedException {
		if (Thread.interrupted())
			throw new InterruptedException();
		Node node = addConditionWaiter();
		int savedState = fullyRelease(node);
		int interruptMode = 0;
		while (!isOnSyncQueue(node)) {
			LockSupport.park(this);
			if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)
				break;
		}
		if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE)
			interruptMode = REINTERRUPT;
		if (node.nextWaiter != null) // clean up if cancelled
			unlinkCancelledWaiters();
		if (interruptMode != 0)
			reportInterruptAfterWait(interruptMode);
	}

调用setBlocker先保存一下将要阻塞的线程，然后调用unsafe.park阻塞当前线程。

public static void park(Object blocker) {
		Thread t = Thread.currentThread();
		setBlocker(t, blocker);
		unsafe.park(false, 0L);
		setBlocker(t, null);
	}

park这个方法会阻塞当前线程，只有以下4种情况中的一种发生时，该方法才会返回。