JUC并发编程——BlockingQueue阻塞队列

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#java #juc #线程池

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本文详细介绍了Java并发编程中BlockingQueue的概念及其实现原理。探讨了其在多线程环境中的作用，特别是如何通过队列实现线程间的高效数据共享。同时，文章还列举了几种常用的BlockingQueue类型，并通过示例代码展示了四种不同场景下的队列操作。

JUC并发编程——BlockingQueue阻塞队列

1、BlockingQueue 简介

BlockingQueue：阻塞队列，遵循FIFIO（先进先出）

BlockingQueue 提供了线程安全的队列访问方式：当阻塞队列进行插入数据时，如果队列已满，线程将会阻塞等待直到队列非满；从阻塞队列取数据时，如果队列已空，线程将会阻塞等待直到队列非空。

多线程环境中，通过队列可以很容易实现数据共享，比如经典的“生产者”和“消费者”模型中，通过队列可以很便利地实现两者之间的数据共享。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。

2、BlockingQueue 继承关系

BlockingQueue是 java.util.concurrent 包里的一个接口，继承Queue接口，Queue接口继承 Collection，Set 和 List 也继承与Collection，BlockingQueue 继承关系如下图：

在这里插入图片描述

Deque：双端队列，是一种具有队列和栈的性质的数据结构。双端队列中的元素可以从两端弹出，其限定插入和删除操作在表的两端进行。

LinkedBlockingQueue 是一个基于链表实现的可选容量的阻塞队列。如果在初始化时没有指定容量，那么默认使用int的最大值作为队列容量。队头的元素是插入时间最长的，队尾的元素是最新插入的。新的元素将会被插入到队列的尾部。

ArrayBlockingQueue 底层是使用一个数组实现队列的，并且在构造ArrayBlockingQueue时需要指定容量，也就意味着底层数组一旦创建了，容量就不能改变了，因此ArrayBlockingQueue是一个容量限制的阻塞队列。因此，在队列全满时执行入队将会阻塞，在队列为空时出队同样将会阻塞。

3、BlockingQueue 四组API

1、抛出异常

    public static void test1(){
        //创建一个大小为3的数组阻塞队列
        ArrayBlockingQueue<Object> arrayBlockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);
        //添加元素
        System.out.println(arrayBlockingQueue.add("a"));//true
        System.out.println(arrayBlockingQueue.add("b"));
        System.out.println(arrayBlockingQueue.add("c"));
//      System.out.println(arrayBlockingQueue.add("d"));//添加失败，抛出异常 Queue full

        System.out.println(arrayBlockingQueue.element());//取出队首元素

        //取出元素
        System.out.println(arrayBlockingQueue.remove());
        System.out.println(arrayBlockingQueue.remove());
        System.out.println(arrayBlockingQueue.remove());
    }

2、不抛异常，有返回值

public static void test2(){
    //创建一个大小为3的数组阻塞队列
    ArrayBlockingQueue<Object> arrayBlockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);
    //添加元素
    System.out.println(arrayBlockingQueue.offer("a"));//true
    System.out.println(arrayBlockingQueue.offer("b"));
    System.out.println(arrayBlockingQueue.offer("c"));
    System.out.println(arrayBlockingQueue.offer("d"));//添加失败，返回false

    System.out.println(arrayBlockingQueue.peek());//取出队首元素

    //取出元素
    System.out.println(arrayBlockingQueue.poll());
    System.out.println(arrayBlockingQueue.poll());
    System.out.println(arrayBlockingQueue.poll());
}

3、一直等待

    public static void test3() throws InterruptedException {
        //创建一个大小为3的数组阻塞队列
        ArrayBlockingQueue<Object> arrayBlockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);
        //添加元素
        arrayBlockingQueue.put("a");//true
        arrayBlockingQueue.put("b");
        arrayBlockingQueue.put("c");
        arrayBlockingQueue.put("d");//添加失败，程序会一直等待


        //取出元素
        System.out.println(arrayBlockingQueue.poll());
        System.out.println(arrayBlockingQueue.poll());
        System.out.println(arrayBlockingQueue.poll());
    }

4、超时等待

public static void test4() throws InterruptedException {
    //创建一个大小为3的数组阻塞队列
    ArrayBlockingQueue<Object> arrayBlockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);
    //添加元素
    System.out.println(arrayBlockingQueue.offer("a"));//true
    System.out.println(arrayBlockingQueue.offer("b"));
    System.out.println(arrayBlockingQueue.offer("c"));
    System.out.println(arrayBlockingQueue.offer("d",3, TimeUnit.SECONDS));//等待3秒钟，如果添加失败，返回false，程序结束

    System.out.println(arrayBlockingQueue.peek());//取出队首元素

    //取出元素
    System.out.println(arrayBlockingQueue.poll());
    System.out.println(arrayBlockingQueue.poll());
    System.out.println(arrayBlockingQueue.poll());
    System.out.println(arrayBlockingQueue.poll(3, TimeUnit.SECONDS));//等待3秒钟，如果取出失败，返回null，程序结束
}

四组API总结：

方式	抛出异常	不抛异常，有返回值	一直等待	超时等待
添加	add()	offer()	put()	offer(E e, long timeout, TimeUnit unit)
移除	remove()	poll()	take()	poll(long timeout, TimeUnit unit)
查看队首元素	element()	peek()	—	—