阻塞队列BlockingQueue详解

2021/7/27 23:10:30

编程Tag： 元素优先级插入队列阻塞详解 BlockingQueue

本文主要是介绍阻塞队列BlockingQueue详解，对大家解决编程问题具有一定的参考价值，需要的程序猿们随着小编来一起学习吧！

概要

BlockingQueue，是java.util.concurrent 包提供的用于解决并发生产者 - 消费者问题的最有用的类，它的特性是在任意时刻只有一个线程可以进行take或者put操作，并且BlockingQueue提供了超时return null的机制，在许多生产场景里都可以看到这个工具的身影。

队列类型

无限队列（unbounded queue ） - 几乎可以无限增长
有限队列（ bounded queue ） - 定义了最大容量

队列数据结构

通常用链表或者数组实现
一般而言队列具备FIFO先进先出的特性，当然也有双端队列（Deque）优先级队列
主要操作：入队（EnQueue）与出队（Dequeue）

在这里插入图片描述

常见的4种阻塞队列

ArrayBlockingQueue 由数组支持的有界队列
LinkedBlockingQueue 由链接节点支持的可选有界队列
PriorityBlockingQueue 由优先级堆支持的无界优先级队列
DelayQueue 由优先级堆支持的、基于时间的调度队列

ArrayBlockingQueue

队列基于数组实现,容量大小在创建ArrayBlockingQueue对象时已定义好
数据结构如下图：
在这里插入图片描述

队列创建：

BlockingQueue<String> blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>();

应用场景
在线程池中有比较多的应用，生产者消费者场景
工作原理
基于ReentrantLock保证线程安全，根据Condition实现队列满时的阻塞

LinkedBlockingQueue

是一个基于链表的无界队列(理论上有界)

BlockingQueue<String> blockingQueue = new LinkedBlockingQueue<>();

上面这段代码中，blockingQueue 的容量将设置为 Integer.MAX_VALUE 。
向无限队列添加元素的所有操作都将永远不会阻塞，[注意这里不是说不会加锁保证线程安全]，因此它可以增长到非常大的容量。
使用无限 BlockingQueue 设计生产者 - 消费者模型时最重要的是消费者应该能够像生产者向队列添加消息一样快地消费消息。否则，内存可能会填满，然后就会得到一个 OutOfMemory 异常。

DelayQueue

由优先级堆支持的、基于时间的调度队列，内部基于无界队列PriorityQueue实现，而无界队列基于数组的扩容实现。
队列创建：

BlockingQueue<String> blockingQueue = new DelayQueue();

要求
入队的对象必须要实现Delayed接口,而Delayed集成自Comparable接口
应用场景
电影票
工作原理：
队列内部会根据时间优先级进行排序。延迟类线程池周期执行。

BlockingQueue API

BlockingQueue 接口的所有方法可以分为两大类：负责向队列添加元素的方法和检索这些元素的方法。在队列满/空的情况下，来自这两个组的每个方法的行为都不同。

添加元素

方法	说明
add()	如果插入成功则返回 true，否则抛出 IllegalStateException 异常
put()	将指定的元素插入队列，如果队列满了，那么会阻塞直到有空间插入
offer()	如果插入成功则返回 true，否则返回 false
offer(E e, long timeout, TimeUnit unit)	尝试将元素插入队列，如果队列已满，那么会阻塞直到有空间插入

检索元素

方法	说明
take()	获取队列的头部元素并将其删除，如果队列为空，则阻塞并等待元素变为可用
poll(long timeout, TimeUnit unit)	检索并删除队列的头部，如有必要，等待指定的等待时间以使元素可用，如果超时，则返回 null

在构建生产者 - 消费者程序时，这些方法是 BlockingQueue 接口中最重要的构建块。

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