Java BlockingQueue 简介

本文详细介绍了BlockingQueue的基本概念、常用方法及其四个具体实现类,并对比了LinkedBlockingQueue和ArrayBlockingQueue在数据吞吐量和性能预测方面的差异。

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使用BlockingQueue的关键技术点如下:

    1.BlockingQueue定义的常用方法如下:

        1)add(anObject):anObject加到BlockingQueue,即如果BlockingQueue可以容纳,则返回true,否则招聘异常

        2)offer(anObject):表示如果可能的话,anObject加到BlockingQueue,即如果BlockingQueue可以容纳,则返回true,否则返回false.

        3)put(anObject):anObject加到BlockingQueue,如果BlockQueue没有空间,则调用此方法的线程被阻断直到BlockingQueue里面有空间再继续.

        4)poll(time):取走BlockingQueue里排在首位的对象,若不能立即取出,则可以等time参数规定的时间,取不到时返回null

        5)take():取走BlockingQueue里排在首位的对象,BlockingQueue为空,阻断进入等待状态直到Blocking有新的对象被加入为止

    2.BlockingQueue有四个具体的实现类,根据不同需求,选择不同的实现类

        1)ArrayBlockingQueue:规定大小的BlockingQueue,其构造函数必须带一个int参数来指明其大小.其所含的对象是以FIFO(先入先出)顺序排序的.

        2)LinkedBlockingQueue:大小不定的BlockingQueue,若其构造函数带一个规定大小的参数,生成的BlockingQueue有大小限制,若不带大小参数,所生成的BlockingQueue的大小由Integer.MAX_VALUE来决定.其所含的对象是以FIFO(先入先出)顺序排序的

        3)PriorityBlockingQueue:类似于LinkedBlockQueue,但其所含对象的排序不是FIFO,而是依据对象的自然排序顺序或者是构造函数的Comparator决定的顺序.

        4)SynchronousQueue:特殊的BlockingQueue,对其的操作必须是放和取交替完成的.

    3.LinkedBlockingQueueArrayBlockingQueue比较起来,它们背后所用的数据结构不一样,导致LinkedBlockingQueue的数据吞吐量要大于ArrayBlockingQueue,但在线程数量很大时其性能的可预见性低于ArrayBlockingQueue.      

### JavaBlockingQueue 的特性及用法 #### 1. **BlockingQueue 的定义** `BlockingQueue` 是一种特殊的队列,在多线程环境下提供了一种高效的机制来解决生产者-消费者模式下的数据传输问题[^4]。它是一种支持阻塞操作的队列,当队列为空时尝试获取元素的操作会被阻塞;同样地,当队列为满时尝试插入新元素的操作也会被阻塞。 --- #### 2. **主要特性** ##### (1) **线程安全性** `BlockingQueue` 提供了内置的同步机制,使得多个线程可以安全地对其进行访问而无需额外的手动加锁[^4]。这极大地简化了并发编程中的复杂度。 ##### (2) **阻塞功能** `BlockingQueue` 支持两种类型的阻塞行为: - 当队列已满时,试图向其中添加元素会触发阻塞,直到有空间可用为止。 - 当队列为空时,试图从中移除元素会触发阻塞,直到有新的元素加入队列[^1]。 ##### (3) **超时控制** 除了无限期等待外,某些方法还允许设置最大等待时间。例如 `poll(long timeout, TimeUnit unit)` 和 `offer(E e, long timeout, TimeUnit unit)` 方法分别用于带超时参数的取和存操作[^2]。 ##### (4) **多种实现方式** Java 提供了几种不同的 `BlockingQueue` 实现类,每种都有其特定的应用场景[^1]: - **ArrayBlockingQueue**: 基于数组结构的有界阻塞队列,按 FIFO(先进先出)顺序存储数据对象。 - **LinkedBlockingQueue**: 基于链表结构的无界阻塞队列,默认容量为 `Integer.MAX_VALUE`。 - **PriorityBlockingQueue**: 类似于普通的优先级队列,但它是线程安全的,并且不接受 `null` 元素。 - **SynchronousQueue**: 不保存任何元素的特殊队列,每一个插入操作都必须等到另一个线程调用了移除操作才能继续执行。 - **DelayQueue**: 存储延迟对象的无界阻塞队列,只有当延时期间到了之后才能够取出该对象。 --- #### 3. **常用方法及其作用** 以下是 `BlockingQueue` 接口中的一些核心方法: | 方法名 | 描述 | |---------------------------|----------------------------------------------------------------------------------------| | `add(e)` | 将指定元素插入此队列中(如果立即可行),并在成功时返回 true;否则抛出异常 | | `remove()` | 获取并移除此队列的头部 | | `element()` | 返回但不移除此队列的头 | | `put(E e)` | 将指定元素插入此队列中,必要时等待空间变得可用 | | `take()` | 检索并删除此队列的头部,如有必要则等待元素变为可用 | | `offer(E e, long timeout, TimeUnit unit)` | 如果可能的话立即将指定元素插入到此队列中,或者在给定时间内等待 | 示例代码展示如何使用 `put` 和 `take` 方法完成基本的数据交换过程: ```java import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue; import java.util.concurrent.BlockingQueue; public class TestBlockingQueue { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { BlockingQueue<String> queue = new ArrayBlockingQueue<>(3); // 添加三个元素至队列 queue.put("A"); queue.put("B"); queue.put("C"); // 取出所有元素 System.out.println(queue.take()); // 输出 A System.out.println(queue.take()); // 输出 B System.out.println(queue.take()); // 输出 C // 此处将发生阻塞,因为队列已经清空 System.out.println(queue.take()); } } ``` --- #### 4. **实际应用场景** 由于具备良好的线程安全性和灵活性,`BlockingQueue` 广泛应用于各种高并发环境下的任务调度与资源管理领域。典型例子包括但不限于以下几方面: - 生产者-消费者模型:通过共享一个固定大小的缓冲区连接若干个独立运行的工作单元; - 缓冲池设计:利用有限长度容器缓存临时计算结果或外部输入流内容以便后续处理; - 定时器服务框架构建:配合其他工具类如 `ScheduledExecutorService` 创建定时重复作业计划方案等。 --- #### 5. **注意事项** 尽管 `BlockingQueue` 功能强大,但在具体应用过程中仍需注意一些潜在陷阱[^5]: - 对于有界的队列来说,合理配置初始容量至关重要——过小可能导致频繁阻塞从而降低性能表现;过大又容易引发内存溢出风险。 - 使用不当可能会造成死锁现象,因此务必遵循正确的开发规范以规避此类隐患的发生概率。 ---
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