Java面试之JUC系列： 阻塞队列详细解析

阻塞队列

概念

队列

队列就可以想成是一个数组，从一头进入，一头出去，排队买饭

阻塞队列

BlockingQueue 阻塞队列，排队拥堵，首先它是一个队列，而一个阻塞队列在数据结构中所起的作用大致如下图所示：

线程1往阻塞队列中添加元素，而线程2从阻塞队列中移除元素

• 当阻塞队列是空时，从队列中获取元素的操作将会被阻塞

  • 当蛋糕店的柜子空的时候，无法从柜子里面获取蛋糕

• 当阻塞队列是满时，从队列中添加元素的操作将会被阻塞

  • 当蛋糕店的柜子满的时候，无法继续向柜子里面添加蛋糕了

也就是说 试图从空的阻塞队列中获取元素的线程将会被阻塞，直到其它线程往空的队列插入新的元素

同理，试图往已经满的阻塞队列中添加新元素的线程，直到其它线程往满的队列中移除一个或多个元素，或者完全清空队列后，使队列重新变得空闲起来，并后续新增

为什么要用？

去海底捞吃饭，大厅满了，需要进候厅等待，但是这些等待的客户能够对商家带来利润，因此我们非常欢迎他们阻塞

在多线程领域：所谓的阻塞，在某些清空下会挂起线程（即阻塞），一旦条件满足，被挂起的线程又会自动唤醒

为什么需要BlockingQueue

好处是我们不需要关心什么时候需要阻塞线程，什么时候需要唤醒线程，因为这一切BlockingQueue都帮你一手包办了

在concurrent包发布以前，在多线程环境下，我们每个程序员都必须自己取控制这些细节，尤其还要兼顾效率和线程安全，而这会给我们的程序带来不小的复杂度。

架构

// 你用过List集合类

// ArrayList集合类熟悉么？

// 还用过 CopyOnWriteList  和 BlockingQueue

BlockingQueue阻塞队列是属于一个接口，底下有七个实现类

• ArrayBlockQueue：由数组结构组成的有界阻塞队列
• LinkedBlockingQueue：由链表结构组成的有界（但是默认大小 Integer.MAX_VALUE）的阻塞队列
  • 有界，但是界限非常大，相当于无界，可以当成无界
• PriorityBlockQueue：支持优先级排序的无界阻塞队列
• DelayQueue：使用优先级队列实现的延迟无界阻塞队列
• SynchronousQueue：不存储元素的阻塞队列，也即单个元素的队列
  • 生产一个，消费一个，不存储元素，不消费不生产
• LinkedTransferQueue：由链表结构组成的无界阻塞队列
• LinkedBlockingDeque：由链表结构组成的双向阻塞队列

这里需要掌握的是：ArrayBlockQueue、LinkedBlockingQueue、SynchronousQueue

BlockingQueue核心方法

抛出异常组

但执行add方法，向已经满的ArrayBlockingQueue中添加元素时候，会抛出异常

// 阻塞队列，需要填入默认值
BlockingQueue<String> blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);

System.out.println(blockingQueue.add("a"));
System.out.println(blockingQueue.add("b"));
System.out.println(blockingQueue.add("c"));

System.out.println(blockingQueue.add("XXX"));

运行后：

true
true
true
Exception in thread "main" java.lang.IllegalStateException: Queue full
	at java.util.AbstractQueue.add(AbstractQueue.java:98)
	at java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue.add(ArrayBlockingQueue.java:312)
	at com.moxi.interview.study.queue.BlockingQueueDemo.main(BlockingQueueDemo.java:25)

同时如果我们多取出元素的时候，也会抛出异常，我们假设只存储了3个值，但是取的时候，取了四次

// 阻塞队列，需要填入默认值
BlockingQueue<String> blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);
System.out.println(blockingQueue.add("a"));
System.out.println(blockingQueue.add("b"));
System.out.println(blockingQueue.add("c"));

System.out.println(blockingQueue.remove());
System.out.println(blockingQueue.remove());
System.out.println(blockingQueue.remove());
System.out.println(blockingQueue.remove());

那么出现异常

true
true
true
a
b
c
Exception in thread "main" java.util.NoSuchElementException
	at java.util.AbstractQueue.remove(AbstractQueue.java:117)
	at com.moxi.interview.study.queue.BlockingQueueDemo.main(BlockingQueueDemo.java:30)

布尔类型组

我们使用 offer的方法，添加元素时候，如果阻塞队列满了后，会返回false，否者返回true

同时在取的时候，如果队列已空，那么会返回null

BlockingQueue blockingQueue = new ArrayBlockingQueue(3);

System.out.println(blockingQueue.offer("a"));
System.out.println(blockingQueue.offer("b"));
System.out.println(blockingQueue.offer("c"));
System.out.println(blockingQueue.offer("d"));

System.out.println(blockingQueue.poll());
System.out.println(blockingQueue.poll());
System.out.println(blockingQueue.poll());
System.out.println(blockingQueue.poll());

运行结果

true
true
true
false
a
b
c
null

阻塞队列组

我们使用 put的方法，添加元素时候，如果阻塞队列满了后，添加消息的线程，会一直阻塞，直到队列元素减少，会被清空，才会唤醒

一般在消息中间件，比如RabbitMQ中会使用到，因为需要保证消息百分百不丢失，因此只有让它阻塞

BlockingQueue<