什么是阻塞隊列？

阻塞隊列（BlockingQueue）是一個支持兩個附加操作的隊列。這兩個附加的操作是：在隊列為空時，獲取元素的線程會等待隊列變?yōu)榉强铡．旉犃袧M時，存儲元素的線程會等待隊列可用。阻塞隊列常用于生產(chǎn)者和消費者的場景，生產(chǎn)者是往隊列里添加元素的線程，消費者是從隊列里拿元素的線程。阻塞隊列就是生產(chǎn)者存放元素的容器，而消費者也只從容器里拿元素。

阻塞隊列提供了四種處理方法:

方法\處理方式	拋出異常	返回特殊值	一直阻塞	超時退出
插入	add(e)	offer(e)	put(e)	offer(e,time,unit)
移除	remove()	poll()	take()	poll(time,unit)
檢查	element()	peek()	不可用	不可用

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• 拋出異常：是指當阻塞隊列滿時候，再往隊列里插入元素，會拋出IllegalStateException("Queue full")異常。當隊列為空時，從隊列里獲取元素時會拋出NoSuchElementException異常 。
• 返回特殊值：插入方法會返回是否成功，成功則返回true。移除方法，則是從隊列里拿出一個元素，如果沒有則返回null
• 一直阻塞：當阻塞隊列滿時，如果生產(chǎn)者線程往隊列里put元素，隊列會一直阻塞生產(chǎn)者線程，直到拿到數(shù)據(jù)，或者響應中斷退出。當隊列空時，消費者線程試圖從隊列里take元素，隊列也會阻塞消費者線程，直到隊列可用。
• 超時退出：當阻塞隊列滿時，隊列會阻塞生產(chǎn)者線程一段時間，如果超過一定的時間，生產(chǎn)者線程就會退出

多線程環(huán)境中，通過隊列可以很容易實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，比如經(jīng)典的“生產(chǎn)者”和“消費者”模型中，通過隊列可以很便利地實現(xiàn)兩者之間的數(shù)據(jù)共享。假設我們有若干生產(chǎn)者線程，另外又有若干個消費者線程。如果生產(chǎn)者線程需要把準備好的數(shù)據(jù)共享給消費者線程，利用隊列的方式來傳遞數(shù)據(jù)，就可以很方便地解決他們之間的數(shù)據(jù)共享問題。但如果生產(chǎn)者和消費者在某個時間段內(nèi)，萬一發(fā)生數(shù)據(jù)處理速度不匹配的情況呢？理想情況下，如果生產(chǎn)者產(chǎn)出數(shù)據(jù)的速度大于消費者消費的速度，并且當生產(chǎn)出來的數(shù)據(jù)累積到一定程度的時候，那么生產(chǎn)者必須暫停等待一下（阻塞生產(chǎn)者線程），以便等待消費者線程把累積的數(shù)據(jù)處理完畢，反之亦然。然而，在concurrent包發(fā)布以前，在多線程環(huán)境下，我們每個程序員都必須去自己控制這些細節(jié)，尤其還要兼顧效率和線程安全，而這會給我們的程序帶來不小的復雜度。好在此時，強大的concurrent包橫空出世了，而他也給我們帶來了強大的BlockingQueue。（在多線程領(lǐng)域：所謂阻塞，在某些情況下會掛起線程（即阻塞），一旦條件滿足，被掛起的線程又會自動被喚醒）

BlockingQueue成員詳細介紹

1. ArrayBlockingQueue

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基于數(shù)組的阻塞隊列實現(xiàn)，在ArrayBlockingQueue內(nèi)部，維護了一個定長數(shù)組，以便緩存隊列中的數(shù)據(jù)對象，這是一個常用的阻塞隊列，除了一個定長數(shù)組外，ArrayBlockingQueue內(nèi)部還保存著兩個整形變量，分別標識著隊列的頭部和尾部在數(shù)組中的位置。

ArrayBlockingQueue在生產(chǎn)者放入數(shù)據(jù)和消費者獲取數(shù)據(jù)，都是共用同一個鎖對象，由此也意味著兩者無法真正并行運行，這點尤其不同于LinkedBlockingQueue；按照實現(xiàn)原理來分析，ArrayBlockingQueue完全可以采用分離鎖，從而實現(xiàn)生產(chǎn)者和消費者操作的完全并行運行。Doug Lea之所以沒這樣去做，也許是因為ArrayBlockingQueue的數(shù)據(jù)寫入和獲取操作已經(jīng)足夠輕巧，以至于引入獨立的鎖機制，除了給代碼帶來額外的復雜性外，其在性能上完全占不到任何便宜。 ArrayBlockingQueue和LinkedBlockingQueue間還有一個明顯的不同之處在于，前者在插入或刪除元素時不會產(chǎn)生或銷毀任何額外的對象實例，而后者則會生成一個額外的Node對象。這在長時間內(nèi)需要高效并發(fā)地處理大批量數(shù)據(jù)的系統(tǒng)中，其對于GC的影響還是存在一定的區(qū)別。而在創(chuàng)建ArrayBlockingQueue時，我們還可以控制對象的內(nèi)部鎖是否采用公平鎖，默認采用非公平鎖

2. LinkedBlockingQueue

基于鏈表的阻塞隊列，同ArrayListBlockingQueue類似，其內(nèi)部也維持著一個數(shù)據(jù)緩沖隊列（該隊列由一個鏈表構(gòu)成），當生產(chǎn)者往隊列中放入一個數(shù)據(jù)時，隊列會從生產(chǎn)者手中獲取數(shù)據(jù)，并緩存在隊列內(nèi)部，而生產(chǎn)者立即返回；只有當隊列緩沖區(qū)達到最大值緩存容量時（LinkedBlockingQueue可以通過構(gòu)造函數(shù)指定該值），才會阻塞生產(chǎn)者隊列，直到消費者從隊列中消費掉一份數(shù)據(jù)，生產(chǎn)者線程會被喚醒，反之對于消費者這端的處理也基于同樣的原理。而LinkedBlockingQueue之所以能夠高效的處理并發(fā)數(shù)據(jù)，還因為其對于生產(chǎn)者端和消費者端分別采用了獨立的鎖來控制數(shù)據(jù)同步，這也意味著在高并發(fā)的情況下生產(chǎn)者和消費者可以并行地操作隊列中的數(shù)據(jù)，以此來提高整個隊列的并發(fā)性能。
作為開發(fā)者，我們需要注意的是，如果構(gòu)造一個LinkedBlockingQueue對象，而沒有指定其容量大小，LinkedBlockingQueue會默認一個類似無限大小的容量（Integer.MAX_VALUE），這樣的話，如果生產(chǎn)者的速度一旦大于消費者的速度，也許還沒有等到隊列滿阻塞產(chǎn)生，系統(tǒng)內(nèi)存就有可能已被消耗殆盡了。

ArrayBlockingQueue和LinkedBlockingQueue是兩個最普通也是最常用的阻塞隊列，一般情況下，在處理多線程間的生產(chǎn)者消費者問題，使用這兩個類足以。

示例：

生產(chǎn)者

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package cn.com.example.concurrent.blockingQueue;import java.util.Random; import java.util.concurrent.BlockingQueue; import java.util.concurrent.TimeUnit; import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;/*** Created by Jack on 2017/1/24.*/ public class Producer implements Runnable {private volatile boolean isRunning = true;private BlockingQueue queue;private static AtomicInteger count = new AtomicInteger();private static final int DEFAULT_RANGE_FOR_SLEEP = 1000;public Producer(BlockingQueue queue) {this.queue = queue;}public void run() {String data = null;Random r = new Random();System.out.println("啟動生產(chǎn)者線程！");try {while (isRunning) {System.out.println("正在生產(chǎn)數(shù)據(jù)...");Thread.sleep(r.nextInt(DEFAULT_RANGE_FOR_SLEEP));data = "data:" + count.incrementAndGet();System.out.println("將數(shù)據(jù)：" + data + "放入隊列...");if (!queue.offer(data, 2, TimeUnit.SECONDS)) {System.out.println("放入數(shù)據(jù)失敗：" + data);}}} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();Thread.currentThread().interrupt();} finally {System.out.println("退出生產(chǎn)者線程！");}}public void stop() {isRunning = false;} }

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消費者

package cn.com.example.concurrent.blockingQueue;import java.util.Random; import java.util.concurrent.BlockingQueue; import java.util.concurrent.TimeUnit;/*** Created by Jack on 2017/1/24.*/ public class Consumer implements Runnable {private BlockingQueue<String> queue;private static final int DEFAULT_RANGE_FOR_SLEEP = 1000;public Consumer(BlockingQueue<String> queue) {this.queue = queue;}public void run() {System.out.println("啟動消費者線程！");Random r = new Random();boolean isRunning = true;try {while (isRunning) {System.out.println("正從隊列獲取數(shù)據(jù)...");String data = queue.poll(2, TimeUnit.SECONDS);if (null != data) {System.out.println("拿到數(shù)據(jù)：" + data);System.out.println("正在消費數(shù)據(jù)：" + data);Thread.sleep(r.nextInt(DEFAULT_RANGE_FOR_SLEEP));} else {// 超過2s還沒數(shù)據(jù)，認為所有生產(chǎn)線程都已經(jīng)退出，自動退出消費線程。isRunning = false;}}} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();Thread.currentThread().interrupt();} finally {System.out.println("退出消費者線程！");}} }

測試

package cn.com.example.concurrent.blockingQueue;import java.util.concurrent.BlockingQueue; import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;/*** Created by Jack on 2017/1/24.*/ public class BlockingQueueTest {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {// 聲明一個容量為10的緩存隊列BlockingQueue<String> queue = new LinkedBlockingQueue<String>(10);Producer producer1 = new Producer(queue);Producer producer2 = new Producer(queue);Producer producer3 = new Producer(queue);Consumer consumer = new Consumer(queue);// 借助ExecutorsExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();// 啟動線程service.execute(producer1);service.execute(producer2);service.execute(producer3);service.execute(consumer);// 執(zhí)行10sThread.sleep(10 * 1000);producer1.stop();producer2.stop();producer3.stop();Thread.sleep(2000);// 退出Executorservice.shutdown();}}

結(jié)果

啟動消費者線程！ 正從隊列獲取數(shù)據(jù)... 啟動生產(chǎn)者線程！ 啟動生產(chǎn)者線程！ 正在生產(chǎn)數(shù)據(jù)... 啟動生產(chǎn)者線程！ 正在生產(chǎn)數(shù)據(jù)... 正在生產(chǎn)數(shù)據(jù)... 將數(shù)據(jù)：data:1放入隊列... 正在生產(chǎn)數(shù)據(jù)... 拿到數(shù)據(jù)：data:1 正在消費數(shù)據(jù)：data:1 將數(shù)據(jù)：data:2放入隊列... 正在生產(chǎn)數(shù)據(jù)... 正從隊列獲取數(shù)據(jù)... 拿到數(shù)據(jù)：data:2 正在消費數(shù)據(jù)：data:2 將數(shù)據(jù)：data:3放入隊列... 正在生產(chǎn)數(shù)據(jù)... 將數(shù)據(jù)：data:4放入隊列... 正在生產(chǎn)數(shù)據(jù)... 將數(shù)據(jù)：data:5放入隊列... 正在生產(chǎn)數(shù)據(jù)... 將數(shù)據(jù)：data:6放入隊列... 正在生產(chǎn)數(shù)據(jù)... 將數(shù)據(jù)：data:7放入隊列... 正在生產(chǎn)數(shù)據(jù)... 正從隊列獲取數(shù)據(jù)... 拿到數(shù)據(jù)：data:3 正在消費數(shù)據(jù)：data:3 將數(shù)據(jù)：data:8放入隊列... 正在生產(chǎn)數(shù)據(jù)... 將數(shù)據(jù)：data:9放入隊列... 正在生產(chǎn)數(shù)據(jù)... 將數(shù)據(jù)：data:10放入隊列... 正在生產(chǎn)數(shù)據(jù)... 正從隊列獲取數(shù)據(jù)... 拿到數(shù)據(jù)：data:4 正在消費數(shù)據(jù)：data:4 將數(shù)據(jù)：data:11放入隊列... 正在生產(chǎn)數(shù)據(jù)... 將數(shù)據(jù)：data:12放入隊列... 正在生產(chǎn)數(shù)據(jù)... 將數(shù)據(jù)：data:13放入隊列... 正在生產(chǎn)數(shù)據(jù)... 將數(shù)據(jù)：data:14放入隊列... 正在生產(chǎn)數(shù)據(jù)... 將數(shù)據(jù)：data:15放入隊列...

3. DelayQueue

DelayQueue中的元素只有當其指定的延遲時間到了，才能夠從隊列中獲取到該元素。DelayQueue是一個沒有大小限制的隊列，因此往隊列中插入數(shù)據(jù)的操作（生產(chǎn)者）永遠不會被阻塞，而只有獲取數(shù)據(jù)的操作（消費者）才會被阻塞。
使用場景：
　　DelayQueue使用場景較少，但都相當巧妙，常見的例子比如使用一個DelayQueue來管理一個超時未響應的連接隊列。

4. PriorityBlockingQueue

基于優(yōu)先級的阻塞隊列（優(yōu)先級的判斷通過構(gòu)造函數(shù)傳入的Compator對象來決定），但需要注意的是PriorityBlockingQueue并不會阻塞數(shù)據(jù)生產(chǎn)者，而只會在沒有可消費的數(shù)據(jù)時，阻塞數(shù)據(jù)的消費者。因此使用的時候要特別注意，生產(chǎn)者生產(chǎn)數(shù)據(jù)的速度絕對不能快于消費者消費數(shù)據(jù)的速度，否則時間一長，會最終耗盡所有的可用堆內(nèi)存空間。在實現(xiàn)PriorityBlockingQueue時，內(nèi)部控制線程同步的鎖采用的是公平鎖。

5. SynchronousQueue

一種無緩沖的等待隊列，類似于無中介的直接交易，有點像原始社會中的生產(chǎn)者和消費者，生產(chǎn)者拿著產(chǎn)品去集市銷售給產(chǎn)品的最終消費者，而消費者必須親自去集市找到所要商品的直接生產(chǎn)者，如果一方?jīng)]有找到合適的目標，那么對不起，大家都在集市等待。相對于有緩沖的BlockingQueue來說，少了一個中間經(jīng)銷商的環(huán)節(jié)（緩沖區(qū)），如果有經(jīng)銷商，生產(chǎn)者直接把產(chǎn)品批發(fā)給經(jīng)銷商，而無需在意經(jīng)銷商最終會將這些產(chǎn)品賣給那些消費者，由于經(jīng)銷商可以庫存一部分商品，因此相對于直接交易模式，總體來說采用中間經(jīng)銷商的模式會吞吐量高一些（可以批量買賣）；但另一方面，又因為經(jīng)銷商的引入，使得產(chǎn)品從生產(chǎn)者到消費者中間增加了額外的交易環(huán)節(jié)，單個產(chǎn)品的及時響應性能可能會降低。
　　聲明一個SynchronousQueue有兩種不同的方式，它們之間有著不太一樣的行為。公平模式和非公平模式的區(qū)別:
　　如果采用公平模式：SynchronousQueue會采用公平鎖，并配合一個FIFO隊列來阻塞多余的生產(chǎn)者和消費者，從而體系整體的公平策略；
　　但如果是非公平模式（SynchronousQueue默認）：SynchronousQueue采用非公平鎖，同時配合一個LIFO隊列來管理多余的生產(chǎn)者和消費者，而后一種模式，如果生產(chǎn)者和消費者的處理速度有差距，則很容易出現(xiàn)饑渴的情況，即可能有某些生產(chǎn)者或者是消費者的數(shù)據(jù)永遠都得不到處理。

BlockingQueue不光實現(xiàn)了一個完整隊列所具有的基本功能，同時在多線程環(huán)境下，他還自動管理了多線間的自動等待于喚醒功能，從而使得程序員可以忽略這些細節(jié)，關(guān)注更高級的功能。?

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的java.util.concurrent BlockingQueue详解的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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