一.什么是阻塞队列?
阻塞队列是一个在队列基础上又支持了两个附加操作的队列。
2个附加操作:
支持阻塞的插入方法: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:队列空时,获取元素的线程会等待队列变为非空。
二.阻塞队列的应用场景
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,消费者是从队列里取元素的线程。简而言之,阻塞队列是生产者用来存放元素、消费者获取元素的容器。
三.几个方法
在阻塞队列不可用的时候,上述2个附加操作提供了4种处理方式(以下来自JDK1.8文档):
从上表我们可以看出,当队列满时,如果我们插入元素,那么会有抛异常、返回特定值、阻塞和超时退出4种情况。相对于取元素(队列空)也有这4种情况。
四.JAVA里的阻塞队列
JAVA 7 提供了7个阻塞队列,如下
①:ArrayBlockingQueue 数组结构组成的有界阻塞队列。
此队列按照先进先出(FIFO)的原则对元素进行排序,但是默认情况下不保证线程公平的访问队列,即如果队列满了,那么被阻塞在外面的线程对队列访问的顺序是不能保证线程公平(即先阻塞,先插入)的。
②:LinkedBlockingQueue一个由链表结构组成的有界阻塞队列
此队列按照先出先进的原则对元素进行排序
③:PriorityBlockingQueue支持优先级的无界阻塞队列
④:DelayQueue支持延时获取元素的无界阻塞队列,即可以指定多久才能从队列中获取当前元素
⑤:SynchronousQueue不存储元素的阻塞队列,每一个put必须等待一个take操作,否则不能继续添加元素。并且他支持公平访问队列。
⑥:LinkedTransferQueue由链表结构组成的无界阻塞TransferQueue队列。相对于其他阻塞队列,多了tryTransfer和transfer方法
transfer方法,如果当前有消费者正在等待接收元素(take或者待时间限制的poll方法),transfer可以把生产者传入的元素立刻传给消费者。如果没有消费者等待接收元素,则将元素放在队列的tail节点,并等到该元素被消费者消费了才返回。
tryTransfer方法,用来试探生产者传入的元素能否直接传给消费者。如果没有消费者在等待,则返回false。和上述方法的区别是该方法无论消费者是否接收,方法立即返回。而transfer方法是必须等到消费者消费了才返回。
⑦:LinkedBlockingDeque链表结构的双向阻塞队列,优势在于多线程入队时,减少一半的竞争。
五.原理
其实阻塞队列实现阻塞同步的方式很简单,使用的就是Lock锁的多条件(condition)阻塞控制。使用BlockingQueue封装了根据条件阻塞线程的过程,而我们就不用关心繁琐的await/signal操作了。
public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair) {
if (capacity <= 0)
throw new IllegalArgumentException();
//创建数组
this.items = new Object[capacity];
//创建锁和阻塞条件
lock = new ReentrantLock(fair);
notEmpty = lock.newCondition();
notFull = lock.newCondition();
}
//添加元素的方法
public void put(E e) throws InterruptedException {
checkNotNull(e);
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lockInterruptibly();
try {
while (count == items.length)
notFull.await();
//如果队列不满就入队
enqueue(e);
} finally {
lock.unlock();
}
}
//入队的方法
private void enqueue(E x) {
final Object[] items = this.items;
items[putIndex] = x;
if (++putIndex == items.length)
putIndex = 0;
count++;
notEmpty.signal();
}
//移除元素的方法
public E take() throws InterruptedException {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lockInterruptibly();
try {
while (count == 0)
notEmpty.await();
return dequeue();
} finally {
lock.unlock();
}
}
//出队的方法
private E dequeue() {
final Object[] items = this.items;
@SuppressWarnings("unchecked")
E x = (E) items[takeIndex];
items[takeIndex] = null;
if (++takeIndex == items.length)
takeIndex = 0;
count--;
if (itrs != null)
itrs.elementDequeued();
notFull.signal();
return x;