Java阻塞队列

什么是阻塞队列

阻塞队列是一个支持阻塞的插入和移除的队列。

支持阻塞的插入方法:意思是当队列满时,队列会阻塞插入元素的线程,直到队列不满。

支持阻塞的移除方法:意思是队列为空时,获取元素(同时移除元素)的线程会被阻塞,等到队列变为非空。

阻塞队列用法

阻塞队列常用于生产者和消费者的场景,生产者是向队列里添加元素的线程,消费者是从队列里获取元素的线程。

当阻塞队列不可用时,会有四种相应的处理方式:

处理方式 抛出异常 返回特殊值 一直阻塞 超时退出
插入操作   add(e)   offer(e)   put(e)   offer(e, time, unit)  
移除操作   remove()   poll()   take()   poll(time, unit)  
获取操作   element()   peek()   不可用   不可用  

返回特殊值:插入元素时,会返回是否插入成功,成功返回true。如果是移除方法,则是从队列中取出一个元素,没有则返回null。

一直阻塞:当阻塞队列满时,如果生产者线程往队列里面put元素,则生产者线程会被阻塞,知道队列不满或者响应中断退出。当队列为空时,如果消费者线程从队列里take元素。

超时退出:当阻塞队列满时,如果生产者线程往队列里插入元素,队列会阻塞生产者线程一段时间,如果超过了指定时间,生产者线程就会退出。

如果是无界阻塞队列,队列则不会出现满的情况。

阻塞队列

ArrayBlockingQueue:一个由数组结构组成的有界阻塞队列

LinkedBlockingQueue:一个由链表结构组成的有界阻塞队列

PriorityBlockingQueue:一个支持优先级排序无界阻塞队列

DelayQueue:一个使用优先级队列实现的无界阻塞队列

SynchronousQueue:一个不存储元素的阻塞队列

LinkedTransferQueue:一个由链表结构组成的无界阻塞队列

LinkedBlockingDeque:一个由链表结构组成的双向阻塞队列

1.ArrayBlockingQueue

此队列按照先进先出(FIFO)的原则对元素进行排序

默认情况下不保证线程公平地访问队列(所谓公平是指当队列可用时,先被阻塞的线程先访问队列)

为了保证公平性通常会降低吞吐量。

公平锁是利用了可重入锁的公平锁来实现。

public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair) { if (capacity <= 0) throw new IllegalArgumentException(); this.items = new Object[capacity]; lock = new ReentrantLock(fair); notEmpty = lock.newCondition(); notFull = lock.newCondition(); } 2.ArrayBlockingQueue

此队列按照先进先出(FIFO)的原则对元素进行排序

默认长度为Integer.MAX_VALUE

3.PriorityBlockingQueue

默认情况下元素采取自然顺序升序排列

可以自定义Comparator或者自定义类实现compareTo()方法来指定排序规则

不支持同优先级元素排序

4.DelayQueue

队列使用PriorityQueue来实现,队列中的元素必须实现Delayed接口

只有在延时期满才能从队列中提取元素

阻塞队列原理

如果队列是空的,消费者会一直等待,当生产者添加元素时,消费者是如何知道当前队列有元素的呢?

使用通知模式实现。所谓通知模式,就是当生产者往满的队列添加元素时会阻塞住生产者,当消费者消费了一个队列中的元素后,会通知生产者当前队列可用。

以ArrayBlockingQueue为例子

/** items 存放队列中的元素*/ final Object[] items; /** take 操作的索引 */ int takeIndex; /** put 操作的索引 */ int putIndex; /** 队列中元素个数 */ int count; /** Main lock guarding all access */ final ReentrantLock lock; /** 控制生产者 takes 操作的 Condition */ private final Condition notEmpty; /** 控制消费者 put 操作的 Condition */ private final Condition notFull;

put操作

public void put(E e) throws InterruptedException { checkNotNull(e); //判断 e == null final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lockInterruptibly(); //获取锁,与lock不同,可以尝试中断阻塞 try { while (count == items.length) notFull.await(); enqueue(e); } finally { lock.unlock(); } }

入队操作,入队之后唤醒消费者线程。

private void enqueue(E x) { // assert lock.getHoldCount() == 1; // assert items[putIndex] == null; final Object[] items = this.items; items[putIndex] = x; if (++putIndex == items.length) putIndex = 0; count++; notEmpty.signal(); }

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