前言

在新增的Concurrent包中，BlockingQueue很好的解決了多線程中，如何高效安全“傳輸”數(shù)據(jù)的問(wèn)題。通過(guò)這些高效并且線程安全的隊(duì)列類(lèi)，為我們快速搭建高質(zhì)量的多線程程序帶來(lái)極大的便利。本文詳細(xì)介紹了BlockingQueue家庭中的所有成員，包括他們各自的功能以及常見(jiàn)使用場(chǎng)景。

BlockingQueue: j.u.c包下的提供了線程安全的隊(duì)列訪問(wèn)的接口，并發(fā)包下很多高級(jí)同步類(lèi)的實(shí)現(xiàn)都是基于阻塞隊(duì)列列實(shí)現(xiàn)的

1、當(dāng)阻塞列進(jìn)行插入數(shù)據(jù)時(shí)，如果隊(duì)列已滿，線程將會(huì)阻塞等待直到隊(duì)列非滿

2、從阻塞隊(duì)列讀數(shù)據(jù)時(shí)，如果隊(duì)列為空，線程將會(huì)阻塞等待直到隊(duì)列里面是非空的時(shí)候

• ArrayBlockingQueue： 基于數(shù)組實(shí)現(xiàn)的?個(gè)阻塞隊(duì)列，需要指定容量??， FIFO先進(jìn)先出順序
• LinkedBlockingQueue： 基于鏈表實(shí)現(xiàn)的?個(gè)阻塞隊(duì)列，如果不指定容量??，默認(rèn)Integer.MAX_VALUE, FIFO先進(jìn)先出順序
• PriorityBlockingQueue： ?個(gè)?持優(yōu)先級(jí)的?界阻塞隊(duì)列，默認(rèn)情況下元素采??然順序升序排序，也可以?定義排序?qū)崿F(xiàn) java.lang.Comparable接?
• DelayQueue： 延遲隊(duì)列，在指定時(shí)間才能獲取隊(duì)列元素的功能，隊(duì)列頭元素是最接近過(guò)期的元素， ??的對(duì)象必須實(shí)現(xiàn) java.util.concurrent.Delayed 接?并實(shí)現(xiàn)CompareTo和getDelay?法

認(rèn)識(shí)BlockingQueue

阻塞隊(duì)列，顧名思義，首先它是一個(gè)隊(duì)列，而一個(gè)隊(duì)列在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中所起的作用大致如下圖所示：

從上圖我們可以很清楚看到，通過(guò)一個(gè)共享的隊(duì)列，可以使得數(shù)據(jù)由隊(duì)列的一端輸入，從另外一端輸出；

常用的隊(duì)列主要有以下兩種：（當(dāng)然通過(guò)不同的實(shí)現(xiàn)方式，還可以延伸出很多不同類(lèi)型的隊(duì)列，DelayQueue就是其中的一種）

先進(jìn)先出（FIFO）：先插入的隊(duì)列的元素也最先出隊(duì)列，類(lèi)似于排隊(duì)的功能。從某種程度上來(lái)說(shuō)這種隊(duì)列也體現(xiàn)了一種公平性。

后進(jìn)先出（LIFO）：后插入隊(duì)列的元素最先出隊(duì)列，這種隊(duì)列優(yōu)先處理最近發(fā)生的事件。

多線程環(huán)境中，通過(guò)隊(duì)列可以很容易實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，比如經(jīng)典的“生產(chǎn)者”和“消費(fèi)者”模型中，通過(guò)隊(duì)列可以很便利地實(shí)現(xiàn)兩者之間的數(shù)據(jù)共享。假設(shè)我們有若干生產(chǎn)者線程，另外又有若干個(gè)消費(fèi)者線程。如果生產(chǎn)者線程需要把準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)共享給消費(fèi)者線程，利用隊(duì)列的方式來(lái)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(wèn)題。但如果生產(chǎn)者和消費(fèi)者在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)，萬(wàn)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(fèi)者消費(fèi)的速度，并且當(dāng)生產(chǎn)出來(lái)的數(shù)據(jù)累積到一定程度的時(shí)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(fèi)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(gè)程序員都必須去自己控制這些細(xì)節(jié)，尤其還要兼顧效率和線程安全，而這會(huì)給我們的程序帶來(lái)不小的復(fù)雜度。好在此時(shí)，強(qiáng)大的concurrent包橫空出世了，而他也給我們帶來(lái)了強(qiáng)大的BlockingQueue。（在多線程領(lǐng)域：所謂阻塞，在某些情況下會(huì)掛起線程（即阻塞），一旦條件滿足，被掛起的線程又會(huì)自動(dòng)被喚醒），下面兩幅圖演示了BlockingQueue的兩個(gè)常見(jiàn)阻塞場(chǎng)景：

如上圖所示：當(dāng)隊(duì)列中沒(méi)有數(shù)據(jù)的情況下，消費(fèi)者端的所有線程都會(huì)被自動(dòng)阻塞（掛起），直到有數(shù)據(jù)放入隊(duì)列。

如上圖所示：當(dāng)隊(duì)列中填滿數(shù)據(jù)的情況下，生產(chǎn)者端的所有線程都會(huì)被自動(dòng)阻塞（掛起），直到隊(duì)列中有空的位置，線程被自動(dòng)喚醒。 　

這也是我們?cè)诙嗑€程環(huán)境下，為什么需要BlockingQueue的原因。作為BlockingQueue的使用者，我們?cè)僖膊恍枰P(guān)心什么時(shí)候需要阻塞線程，什么時(shí)候需要喚醒線程，因?yàn)檫@一切BlockingQueue都給你一手包辦了。既然BlockingQueue如此神通廣大，讓我們一起來(lái)見(jiàn)識(shí)下它的常用方法：

BlockingQueue的核心方法

放入數(shù)據(jù)

（1）offer(anObject):表示如果可能的話,將anObject加到BlockingQueue里,即如果BlockingQueue可以容納,則返回true,否則返回false.（本方法不阻塞當(dāng)前執(zhí)行方法的線程）；

（2）offer(E o, long timeout, TimeUnit unit)：可以設(shè)定等待的時(shí)間，如果在指定的時(shí)間內(nèi)，還不能往隊(duì)列中加入BlockingQueue，則返回失敗。

（3）put(anObject):把a(bǔ)nObject加到BlockingQueue里,如果BlockQueue沒(méi)有空間,則調(diào)用此方法的線程被阻斷直到BlockingQueue里面有空間再繼續(xù).

獲取數(shù)據(jù)

（1）poll(time):取走BlockingQueue里排在首位的對(duì)象,若不能立即取出,則可以等time參數(shù)規(guī)定的時(shí)間,取不到時(shí)返回null;

（2）poll(long timeout, TimeUnit unit)：從BlockingQueue取出一個(gè)隊(duì)首的對(duì)象，如果在指定時(shí)間內(nèi)，隊(duì)列一旦有數(shù)據(jù)可取，則立即返回隊(duì)列中的數(shù)據(jù)。否則知道時(shí)間超時(shí)還沒(méi)有數(shù)據(jù)可取，返回失敗。

（3）take():取走BlockingQueue里排在首位的對(duì)象,若BlockingQueue為空,阻斷進(jìn)入等待狀態(tài)直到BlockingQueue有新的數(shù)據(jù)被加入;

（4）drainTo():一次性從BlockingQueue獲取所有可用的數(shù)據(jù)對(duì)象（還可以指定獲取數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)），通過(guò)該方法，可以提升獲取數(shù)據(jù)效率；不需要多次分批加鎖或釋放鎖。

常見(jiàn)BlockingQueue

在了解了BlockingQueue的基本功能后，讓我們來(lái)看看BlockingQueue家庭大致有哪些成員？

ArrayBlockingQueue

基于數(shù)組的阻塞隊(duì)列實(shí)現(xiàn)，在ArrayBlockingQueue內(nèi)部，維護(hù)了一個(gè)定長(zhǎng)數(shù)組，以便緩存隊(duì)列中的數(shù)據(jù)對(duì)象，這是一個(gè)常用的阻塞隊(duì)列，除了一個(gè)定長(zhǎng)數(shù)組外，ArrayBlockingQueue內(nèi)部還保存著兩個(gè)整形變量，分別標(biāo)識(shí)著隊(duì)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(fèi)者獲取數(shù)據(jù)，都是共用同一個(gè)鎖對(duì)象，由此也意味著兩者無(wú)法真正并行運(yùn)行，這點(diǎn)尤其不同于LinkedBlockingQueue；按照實(shí)現(xiàn)原理來(lái)分析，ArrayBlockingQueue完全可以采用分離鎖，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)者和消費(fèi)者操作的完全并行運(yùn)行。Doug Lea之所以沒(méi)這樣去做，也許是因?yàn)锳rrayBlockingQueue的數(shù)據(jù)寫(xiě)入和獲取操作已經(jīng)足夠輕巧，以至于引入獨(dú)立的鎖機(jī)制，除了給代碼帶來(lái)額外的復(fù)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(gè)明顯的不同之處在于，前者在插入或刪除元素時(shí)不會(huì)產(chǎn)生或銷(xiāo)毀任何額外的對(duì)象實(shí)例，而后者則會(huì)生成一個(gè)額外的Node對(duì)象。這在長(zhǎng)時(shí)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(duì)于GC的影響還是存在一定的區(qū)別。而在創(chuàng)建ArrayBlockingQueue時(shí)，我們還可以控制對(duì)象的內(nèi)部鎖是否采用公平鎖，默認(rèn)采用非公平鎖。

LinkedBlockingQueue

基于鏈表的阻塞隊(duì)列，同ArrayListBlockingQueue類(lèi)似，其內(nèi)部也維持著一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖隊(duì)列（該隊(duì)列由一個(gè)鏈表構(gòu)成），當(dāng)生產(chǎn)者往隊(duì)列中放入一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，隊(duì)列會(huì)從生產(chǎn)者手中獲取數(shù)據(jù)，并緩存在隊(duì)列內(nèi)部，而生產(chǎn)者立即返回；只有當(dāng)隊(duì)列緩沖區(qū)達(dá)到最大值緩存容量時(shí)（LinkedBlockingQueue可以通過(guò)構(gòu)造函數(shù)指定該值），才會(huì)阻塞生產(chǎn)者隊(duì)列，直到消費(fèi)者從隊(duì)列中消費(fèi)掉一份數(shù)據(jù)，生產(chǎn)者線程會(huì)被喚醒，反之對(duì)于消費(fèi)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?yàn)槠鋵?duì)于生產(chǎn)者端和消費(fèi)者端分別采用了獨(dú)立的鎖來(lái)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(fèi)者可以并行地操作隊(duì)列中的數(shù)據(jù)，以此來(lái)提高整個(gè)隊(duì)列的并發(fā)性能。

作為開(kāi)發(fā)者，我們需要注意的是，如果構(gòu)造一個(gè)LinkedBlockingQueue對(duì)象，而沒(méi)有指定其容量大小，LinkedBlockingQueue會(huì)默認(rèn)一個(gè)類(lèi)似無(wú)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(fèi)者的速度，也許還沒(méi)有等到隊(duì)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(gè)最普通也是最常用的阻塞隊(duì)列，一般情況下，在處理多線程間的生產(chǎn)者消費(fèi)者問(wèn)題，使用這兩個(gè)類(lèi)足以。

下面的代碼演示了如何使用BlockingQueue： 　　

生產(chǎn)者線程

import java.util.Random;
import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

/**
 * @Author: ruan
 * Date: 2021/9/25 17:36
 * @Description: 生產(chǎn)者線程
 */
public class Producer implements Runnable {
    /**
     * 標(biāo)識(shí)位---是否運(yùn)行中
     */
    private volatile boolean isRunning = true;
    /**
     * 創(chuàng)建阻塞隊(duì)列
     */
    private BlockingQueue<String> queue;
    /**
     * 用于記錄庫(kù)存量
     */
    private static AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);

    public Producer(BlockingQueue<String> queue) {
        this.queue = queue;
    }

    /**
     * 構(gòu)造函數(shù)
     */


    @Override
    public void run() {
        String data = null;
        Random random = new Random();
        System.out.println("生產(chǎn)者線程啟動(dòng)....");
        while (isRunning){
            try {
                System.out.println("正在生產(chǎn)數(shù)據(jù)...");
                Thread.sleep(random.nextInt(1000));
                data = "data" + count.incrementAndGet();
                System.out.println("將數(shù)據(jù)：" + data + "放入隊(duì)列...");
                if (!queue.offer(data,2, TimeUnit.SECONDS)){
                    System.out.println("數(shù)據(jù)放入失敗");
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                System.out.println("生產(chǎn)者線程關(guān)閉");
            }
        }
    }

    public void stop(){
        isRunning = false;
    }
}

消費(fèi)者線程

import java.util.Random;
import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * @Author: ruan
 * Date: 2021/9/25 17:48
 * @Description: 消費(fèi)者線程
 */
public class Consumer implements Runnable {
    /**
     * 創(chuàng)建阻塞隊(duì)列
     */
    private BlockingQueue<String> queue;
    /**
     * 構(gòu)造函數(shù)
     */
    public Consumer(BlockingQueue<String> queue) {
        this.queue = queue;
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("消費(fèi)者線程啟動(dòng)...");
        Random random = new Random();
        boolean isRunning = true;
        while (isRunning){
            System.out.println("正在從隊(duì)列中獲取數(shù)據(jù)");
            try {
                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(fèi)數(shù)據(jù)：" + data);
                    Thread.sleep(random.nextInt(1000));
                }else {
                    //如果2s內(nèi)無(wú)數(shù)據(jù)，認(rèn)為生產(chǎn)者線程退出，消費(fèi)者線程也退出
                    isRunning = false;
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                System.out.println("消費(fèi)者線程退出");
            }
        }
    }
}

主程序

import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingDeque;

/**
 * @Author: ruan
 * Date: 2021/9/25 17:56
 * @Description:
 */
public class Main {


    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        /**
         * 創(chuàng)建阻塞隊(duì)列
         */
        BlockingQueue<String> queue = new LinkedBlockingDeque<>(10);

        /**
         * 創(chuàng)建生產(chǎn)者和消費(fèi)者
         */
        Producer producer1 = new Producer(queue);
        Producer producer2 = new Producer(queue);
        Producer producer3 = new Producer(queue);
        Consumer consumer = new Consumer(queue);

        /**
         * 創(chuàng)建線程
         */
        ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();

        service.execute(producer1);
        service.execute(producer2);
        service.execute(producer3);
        service.execute(consumer);
        Thread.sleep(10000);
        //停止生產(chǎn)
        producer1.stop();
        producer2.stop();
        producer3.stop();
        Thread.sleep(2000);
        service.shutdown();
    }
}

DelayQueue

DelayQueue中的元素只有當(dāng)其指定的延遲時(shí)間到了，才能夠從隊(duì)列中獲取到該元素。DelayQueue是一個(gè)沒(méi)有大小限制的隊(duì)列，因此往隊(duì)列中插入數(shù)據(jù)的操作（生產(chǎn)者）永遠(yuǎn)不會(huì)被阻塞，而只有獲取數(shù)據(jù)的操作（消費(fèi)者）才會(huì)被阻塞。

使用場(chǎng)景：

DelayQueue使用場(chǎng)景較少，但都相當(dāng)巧妙，常見(jiàn)的例子比如使用一個(gè)DelayQueue來(lái)管理一個(gè)超時(shí)未響應(yīng)的連接隊(duì)列。

PriorityBlockingQueue

基于優(yōu)先級(jí)的阻塞隊(duì)列（優(yōu)先級(jí)的判斷通過(guò)構(gòu)造函數(shù)傳入的Compator對(duì)象來(lái)決定），但需要注意的是PriorityBlockingQueue并不會(huì)阻塞數(shù)據(jù)生產(chǎn)者，而只會(huì)在沒(méi)有可消費(fèi)的數(shù)據(jù)時(shí)，阻塞數(shù)據(jù)的消費(fèi)者。因此使用的時(shí)候要特別注意，生產(chǎn)者生產(chǎn)數(shù)據(jù)的速度絕對(duì)不能快于消費(fèi)者消費(fèi)數(shù)據(jù)的速度，否則時(shí)間一長(zhǎng)，會(huì)最終耗盡所有的可用堆內(nèi)存空間。在實(shí)現(xiàn)PriorityBlockingQueue時(shí)，內(nèi)部控制線程同步的鎖采用的是公平鎖。

SynchronousQueue

一種無(wú)緩沖的等待隊(duì)列，類(lèi)似于無(wú)中介的直接交易，有點(diǎn)像原始社會(huì)中的生產(chǎn)者和消費(fèi)者，生產(chǎn)者拿著產(chǎn)品去集市銷(xiāo)售給產(chǎn)品的最終消費(fèi)者，而消費(fèi)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(biāo)，那么對(duì)不起，大家都在集市等待。相對(duì)于有緩沖的BlockingQueue來(lái)說(shuō)，少了一個(gè)中間經(jīng)銷(xiāo)商的環(huán)節(jié)（緩沖區(qū)），如果有經(jīng)銷(xiāo)商，生產(chǎn)者直接把產(chǎn)品批發(fā)給經(jīng)銷(xiāo)商，而無(wú)需在意經(jīng)銷(xiāo)商最終會(huì)將這些產(chǎn)品賣(mài)給那些消費(fèi)者，由于經(jīng)銷(xiāo)商可以庫(kù)存一部分商品，因此相對(duì)于直接交易模式，總體來(lái)說(shuō)采用中間經(jīng)銷(xiāo)商的模式會(huì)吞吐量高一些（可以批量買(mǎi)賣(mài)）；但另一方面，又因?yàn)榻?jīng)銷(xiāo)商的引入，使得產(chǎn)品從生產(chǎn)者到消費(fèi)者中間增加了額外的交易環(huán)節(jié)，單個(gè)產(chǎn)品的及時(shí)響應(yīng)性能可能會(huì)降低。

聲明一個(gè)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(huì)采用公平鎖，并配合一個(gè)FIFO隊(duì)列來(lái)阻塞多余的生產(chǎn)者和消費(fèi)者，從而體系整體的公平策略；

但如果是非公平模式（SynchronousQueue默認(rèn)）：SynchronousQueue采用非公平鎖，同時(shí)配合一個(gè)LIFO隊(duì)列來(lái)管理多余的生產(chǎn)者和消費(fèi)者，而后一種模式，如果生產(chǎn)者和消費(fèi)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(fèi)者的數(shù)據(jù)永遠(yuǎn)都得不到處理。

小結(jié)

BlockingQueue不光實(shí)現(xiàn)了一個(gè)完整隊(duì)列所具有的基本功能，同時(shí)在多線程環(huán)境下，他還自動(dòng)管理了多線間的自動(dòng)等待于喚醒功能，從而使得程序員可以忽略這些細(xì)節(jié)，關(guān)注更高級(jí)的功能。

到此這篇關(guān)于java阻塞隊(duì)列BlockingQueue詳細(xì)解讀的文章就介紹到這了,更多相關(guān)java阻塞隊(duì)列BlockingQueue內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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