阻塞队列--LinkedBlockingQueue

本文介绍了线程安全的概念,探讨了并行与并发的区别,并详细解析了LinkedBlockingQueue这一线程安全的阻塞队列的工作原理及常用方法。

阻塞队列--LinkedBlockingQueue

什么叫线程安全?
线程安全就是每次运行结果和单线程运行的结果是一样的,而且其他的变量的值也和预期的是一样的。 
线程安全就是说多线程访问同一代码,不会产生不确定的结果。

并行和并发区别
1、并行是指两者同时执行一件事,比如赛跑,两个人都在不停的往前跑;
2、并发是指资源有限的情况下,两者交替轮流使用资源,比如一段路(单核CPU资源)同时只能过一个人,A走一段后,让给B,B用完继续给A,交替使用,目的是提高效率。

LinkedBlockingQueue是一个线程安全的阻塞队列,实现了先进先出等特性,是作为生产者消费者的首选,可以指定容量,也可以不指定,不指定的话默认最大是Integer.MAX_VALUE,其中主要用到put和take方法,put方法将一个对象放到队列尾部,在队列满的时候会阻塞直到有队列成员被消费,take方法从head取一个对象,在队列为空的时候会阻塞,直到有队列成员被放进来。

常用方法如下:
add(anObject):
把anObject添加到BlockingQueue里,添加成功返回true,如果BlockingQueue空间已满则抛出异常。
offer(anObject):
表示如果可能的话,将anObject加到BlockingQueue里,即如果BlockingQueue可以容纳,则返回true,否则返回false。
put(anObject):
把anObject加到BlockingQueue里,如果BlockingQueue没有空间,则调用此方法的线程被阻断直到BlockingQueue里有空间再继续。
poll(time):
获取并移除此队列的头,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。
take():
获取BlockingQueue里排在首位的对象,若BlockingQueue为空,阻断进入等待状态直到BlockingQueue有新的对象被加入为止。
clear():
从队列彻底移除所有元素。
remove()方法直接删除队头的元素
peek()方法直接取出队头的元素,并不删除

<think>好的,我现在要回答用户的问题,主要是关于LinkedBlockingQueue是否属于阻塞队列,以及线程池为何通常使用阻塞队列而不是非阻塞队列。我需要参考用户提供的引用内容,并结合自己的知识来组织答案。 首先,用户的问题分两部分:确认LinkedBlockingQueue是否为阻塞队列,以及线程池使用阻塞队列的原因。根据引用内容,引用[1]提到LinkedBlockingQueue阻塞队列,引用[4]也讨论了LinkedBlockingQueue作为默认线程池的阻塞队列。所以第一部分应该直接回答LinkedBlockingQueue属于阻塞队列,并解释其特性,比如基于链表、可选有界等。 接下来是线程池使用阻塞队列的原因。用户之前的回答已经详细列过阻塞队列的优势,比如资源管控、线程协作、适应任务波动等。这里需要结合用户的引用内容,比如引用[2]中提到的阻塞队列的put和take方法使用锁和条件变量,当队列满或空时线程会进入等待状态,避免CPU空转。引用[4]提到LinkedBlockingQueue作为默认选择的原因,可能包括吞吐量和灵活性。需要将这些点整合起来,说明阻塞队列如何帮助线程池管理任务和线程资源,而非阻塞队列的问题,如无法缓冲任务、导致频繁拒绝或资源耗尽。 另外,用户引用[3]提到Tomcat的线程池使用TaskQueue(继承自LinkedBlockingQueue),说明实际应用中的例子,可以引用这个例子来支持线程池使用阻塞队列的常见性。 需要注意用户可能已经了解部分内容,所以需要简明扼要,结构清晰,分点回答。同时,用户提供的引用中有一些源码分析,比如put方法使用await()导致线程进入WAITING状态,这可以用于解释阻塞队列如何工作,避免线程忙等待,提升效率。 可能还需要对比阻塞队列和非阻塞队列的差异,比如非阻塞队列如ConcurrentLinkedQueue在队列满或空时立即返回,导致线程池无法有效处理任务,需要依赖拒绝策略,而阻塞队列能自然地进行流量控制和资源管理。 最后,总结LinkedBlockingQueue作为阻塞队列的地位,以及线程池选择它的原因,包括设计上的协同工作、资源管控和稳定性等。</think>### **LinkedBlockingQueue阻塞队列属性及线程池选择原因** --- #### **一、LinkedBlockingQueue是标准的阻塞队列** 1. **定义与特性** - **阻塞队列接口实现**: $LinkedBlockingQueue$ 是 Java 中实现了 $BlockingQueue$ 接口的典型阻塞队列,支持线程安全的**生产者-消费者模型**。其核心方法(如$put()$、$take()$)在队列满或空时自动阻塞线程,符合阻塞队列的核心特征[^1][^4]。 - **数据结构与容量**: - 基于链表实现,默认容量为$Integer.MAX\_VALUE$(无界队列),也可通过构造函数指定为有界队列。 - 高并发场景下吞吐量优于$ArrayBlockingQueue$,因采用“双锁分离”设计(生产者和消费者使用独立锁),减少竞争[^1][^3]。 2. **典型应用场景** - **线程池默认队列**: Java 标准线程池(如$Executors.newFixedThreadPool$)默认使用$LinkedBlockingQueue$,因其平衡了吞吐量和任务缓冲能力[^4]。 - **框架级使用**: 如 Tomcat 的线程池通过自定义$TaskQueue$(继承自$LinkedBlockingQueue$)管理任务,优化任务提交与执行流程[^3]。 --- #### **二、线程池选择阻塞队列的核心原因** 1. **任务缓冲与流量削峰** - **队列容量动态调控**: 阻塞队列(如$LinkedBlockingQueue$)允许线程池在任务量超过$corePoolSize$时暂存任务,避免直接触发扩容或拒绝策略。例如: ```java // 线程池任务提交逻辑(简化) if (当前线程数 < corePoolSize) 创建新线程; else if (队列未满) 任务入队; else if (线程数 < maxPoolSize) 创建新线程; else 执行拒绝策略; ``` - **防止瞬时过载**: 突发流量通过队列缓冲后,线程池可按固定速率处理任务,避免短时高负载压垮系统(如电商秒杀场景)[^4]。 2. **高效的线程协作机制** - **自动阻塞与唤醒**: - 生产者线程调用$put()$时,若队列满,则通过$ReentrantLock$和$Condition$进入等待状态(调用$await()$),释放锁并挂起线程,避免空转消耗CPU[^2]。 - 消费者线程调用$take()$时,若队列空,同样挂起等待,直到新任务到达后被唤醒[^1]。 ```java // LinkedBlockingQueue.put()方法逻辑(简化) lock.lock(); try { while (队列满) notFull.await(); // 线程进入WAITING状态 enqueue(task); } finally { lock.unlock(); } ``` - **减少竞争开销**: $LinkedBlockingQueue$的“双锁分离”设计(生产者和消费者使用不同锁),显著降低高并发下的锁争用,提升吞吐量[^3]。 3. **资源稳定性与参数协同** - **防止资源耗尽**: 使用有界$LinkedBlockingQueue$可限制任务堆积量,避免无限制增长导致内存溢出(OOM)。队列满后触发扩容或拒绝策略,形成资源保护屏障。 - **动态扩缩容**: 队列容量与线程池参数($corePoolSize$, $maxPoolSize$)协同工作: - 队列未满时,优先复用核心线程- 队列满后,扩容至$maxPoolSize$以应对峰值; - 任务减少后,超时线程自动回收[^4]。 4. **与非阻塞队列的对比劣势** - **非阻塞队列的缺陷**: - **无法缓冲任务**:如$ConcurrentLinkedQueue$(非阻塞队列)在队列满时直接返回失败,导致线程池频繁触发拒绝策略,即使系统负载仅为短暂峰值。 - **CPU资源浪费**:消费者线程需循环轮询队列(如`while (queue.isEmpty())`),导致空转消耗CPU,而阻塞队列通过挂起线程彻底避免这一问题[^2]。 - **参数失效**:非阻塞队列无法与$maxPoolSize$协同,线程池可能始终维持$corePoolSize$线程数,失去弹性扩缩容能力。 --- #### **三、总结** 1. **LinkedBlockingQueue的定位**: 它是标准的阻塞队列,通过链表实现、双锁分离设计,在高并发场景下提供高吞吐量和灵活的任务缓冲能力,是线程池的默认选择之一[^1][^3]。 2. **线程池选择阻塞队列的本质原因**: - **系统稳定性**:通过队列容量限制和阻塞机制,防止资源耗尽; - **高效协作**:自动挂起/唤醒线程,减少CPU空转; - **参数协同**:与线程池核心参数动态配合,实现弹性资源管理。 --- ### **相关问题** 1. 如何根据业务场景选择$LinkedBlockingQueue$和$ArrayBlockingQueue$? 2. 为什么$SynchronousQueue$适合“直接传递”任务场景? 3. 如何监控阻塞队列长度以优化线程池性能?
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