java多线程（四）-BlockingQueue及其实现

最新推荐文章于 2024-02-23 10:52:06 发布

qq_41786692

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分类专栏：多线程文章标签： Java 多线程 BlockingQueue

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/qq_41786692/article/details/81274125

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本文详细介绍了Java多线程中的 BlockingQueue，包括其接口主要方法如插入、取出元素，特点以及常用实现类 ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue、PriorityBlockingQueue 和 SynchronousQueue 的实现原理。 BlockingQueue 是线程安全的队列，常用于生产者-消费者的场景，其特点是插入和取出操作可能会被阻塞直到队列有空间或元素可用。

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一、概述

二、BlockingQueue接口中的主要方法

四、BlockingQueue的常用实现类

1.LinkedBlockingQueue的实现

2.ArrayBlockingQueue的实现

（1）ArrayBlockingQueue的介绍

（2）ArrayBlockingQueue源码中的变量与队列的初始化

（3）ArrayBlockingQueue中插入元素的方法

（4）ArrayBlockingQueue中出队一个元素的方法

3、PriorityBlockingQueue的实现

4、SynchronousQueue的实现

一、概述

BlockingQueue：阻塞队列，它是通过一个共享队列，使数据由队列的一端输入，从另一端输出，常见的队列有两种：

先进先出：先插入队列的元素也最先出队列。

后进先出：后插入的元素最先出队列。

在多线程环境中，通过队列可以实现数据共享，在BlockingQueue中，如果队列使空的，从队列中取东西的操作将会被阻断进入等待状态，知道队列中插入了元素才会被唤醒；同样，如果队列是满的，往队列中插入元素也会被阻断进入等待状态，直到队列中有空间才会被唤醒继续操作。

二、BlockingQueue接口中的主要方法

1.插入元素的方法

boolean add(E e):向队列中插入一个元素，如果可以插入，则返回true，如果不能插入，则抛出异常；

boolean offer(E e):向队列中插入元素，如果队列中可以插入元素，则返回true，否则返回false；

void put(E e) throws InterruptedException:向队列中插入元素，如果队列中没有空间，则调用该方法的线程被阻塞直到队列中有空间；

boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException:向队列中插入元素，如果队列中没有空间，则等待一定的时间，如果在等待时间内还不能插入元素，则返回失败；

2.取出元素的方法

E take() throws InterruptedException:从队列的对头取出元素，如果队列为空，则阻断该线程进入等待状态，直到队列中有元素；

E poll(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException:从队列中取出元素，如果队列为空，则进入等待状态，在等待时间内仍未取得元素，则返回失败；

3.其他方法

int remainingCapacity():获取队列中的剩余空间，在无阻塞的理想情况下，此队列能够接受的元素数量，如果没有内部的限制，则返回Inter.MAX_VALUE;

boolean remove(Object o):删除队列中的某个元素;

boolean contains(Object o):判断队列中是否包含元素o；

int drainTo(Collection<? super E>c):移除队列中的所有元素，将其添加到给定的集合c中；

int drainTo(Collection<? super E>c, int maxElements):最多从队列中移除给定数量的可用元素，并将其添加到给定的集合c中。

三、BlockingQueue的特点

（1）BlockingQueue不接受null元素，当向队列中操作null元素时，会抛出NullPointerException异常；

（2）BlockingQueue可以定义为限定容量的队列，例如他的remainingCapacity容量值，超过该值，就无法无阻塞的向队列中插入元素，对没有限制的队列，他的剩余容量是Integer.MAX_VALUE；

（3）BlockingQueue主要用于生产者-消费者队列，但同时还支持Collection接口，例如remove(E e)可以从队列中移除元素，但是这种方法不建议常用；

（4）BlockingQueue的实现是线程安全的。所有的排队方法都可以使用内部锁或其他形式的并发控制来达到他们的目的；

四、BlockingQueue的常用实现类

BlockingQueue有五个常用的实现类：

（1）ArrayBlockingQueue：基于数组的阻塞队列的实现，在内部维护一个定长数组用来缓存队列中的数据对象，还保持这两个整形变量，用来标识队列的头部和尾部在数组中的位置；

（2）LinkedBlockingQueue：基于链表的阻塞队列，内部维持着一个数据缓冲队列，没有指定的容量大小，这种情况下要注意队列的生产者速度与消费者的速度；

（3）PriorityBlockingQueue：基于优先级的阻塞队列，优先级的判断根据构造喊出传入的Compator对象来决定，该队列也要注意生产者与消费者的速度，且在队列内部控制线程的锁采用的是公平锁；

（4）SynchronousQueue：一种无缓冲的队列，他的操作必须是放和取交替完成的。

1.LinkedBlockingQueue的实现

该队列在前面的文章已经单独讲过，这里就不在描述了，具体见文章

https://blog.youkuaiyun.com/qq_41786692/article/details/80383160

2.ArrayBlockingQueue的实现

（1）ArrayBlockingQueue的介绍

ArrayBlockingQueue是一个阻塞式队列，继承了AbstractBlockingQueue，实现了BlockingQueue接口。底层是以数组的形式保存数据，实际上可以看成是一个循环数组。他是一个有界的队列。按照先进先出的原则对元素进行排序。

（2）ArrayBlockingQueue源码中的变量与队列的初始化

在ArrayBlockingQueue中存储元素的方法时数组，同时还设置了两个变量用于记录数组中下一个元素的插入位置putIndex以及下一下要出队的元素位置takeIndex。

ArrayBlockingQueue队列的初始化主要有三种方法：指定队列容量的大小，默认使用非公平锁；指定队列容量的大小以及指定是否使用公平锁；指定队列容量的大小和是否使用公平锁，同时插入初始化元素。这三种方法都要求队列中数组的容量不能小于1，否则会抛出空指针异常。

    /**保存队列中元素的数组*/
    final Object[] items;

    /** 下一个取元素的位置 */
    int takeIndex;

    /**下一个插入元素的位置*/
    int putIndex;

    /**队列中元素的个数*/
    int count;


    /** 全局锁 */
    final ReentrantLock lock;

    /** 队列不为空的条件 */
    private final Condition notEmpty;

    /** 队列未满的条件 */
    private final Condition notFull;

    /**
     * 构造函数，指定队列的初始容量
     * @param capacity 队列的容量
     * @throws IllegalArgumentException 如果队列的容量<1
     */
    public ArrayBlockingQueue(int capacity) {
        this(capacity, false);
    }

    /**
     * 构造函数，指定队列的容量，并指定是否设置公平锁
     * @param capacity 队列的容量
     * @param fair 设置是否为公平锁
     * @throws IllegalArgumentException 如果队列的容量<1
     */
    public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair) {
        if (capacity <=

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