1、什么是阻塞队列？
队列是一种数据结构，它有两个基本操作：在队列尾部加入一个元素，从队列头部移除一个元素。阻塞队里与普通的队列的区别在于，普通队列不会对当前线程产生阻塞，在面对类似消费者-生产者模型时，就必须额外的实现同步策略以及线程间唤醒策略。使用阻塞队列，就会对当前线程产生阻塞，当队列是空时，从队列中获取元素的操作将会被阻塞，当队列是满时，往队列里添加元素的操作也会被阻塞。
2、主要的阻塞队列及其方法
java.util.concurrent包下提供主要的几种阻塞队列，主要有以下几个：
1）ArrayBlockingQueue:基于数组实现的阻塞队列，在创建ArrayBlockingQueue对象时必须指定其容量大小，还可以指定访问策略，默认情况下为非公平的，即不保证等待时间最长的线程最优先能够访问队列。
2）、LinkedBlockingQueue：基于链表实现的一个阻塞队列，在创建LinkedBlockingQueue对象时如果不指定容量大小，则默认大小为Integer.MAX_VALUE。
3）、以上2种队列都是先进先出队列，而PriorityBlockingQueue却不是，它会按照元素的优先级对元素进行排序，按照优先级顺序出队，每次出队的元素都是优先级最高的元素。注意，此阻塞队列为无界阻塞队列，即容量没有上限（通过源码就可以知道，它没有容器满的信号标志），前面2种都是有界队列。
4）、DelayQueue：基于PriorityQueue，一种延时阻塞队列，DelayQueue中的元素只有当其指定的延迟时间到了，才能够从队列中获取到该元素。DelayQueue也是一个无界队列，因此往队列中插入数据的操作（生产者）永远不会被阻塞，而只有获取数据的操作（消费者）才会被阻塞。
阻塞队列包括了非阻塞队列中的大部分方法，还提供另外若干非常有用的方法：
put方法用来向队尾存入元素，如果队列满，则等待；
take方法用来从队首取元素，如果队列为空，则等待；
offer方法用来向队尾存入元素，如果队列满，则等待一定的时间，当时间期限达到时，如果还没有插入成功，则返回false；否则返回true；
poll方法用来从队首取元素，如果队列空，则等待一定的时间，当时间期限达到时，如果取到，则返回null；否则返回取得的元素；
下面看一段代码：
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import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;/** * @author 作者：徐剑 E-mail:anxu_2013@163.com * @version 创建时间：2016年3月20日 下午12:52:53 * 类说明 */public class BlockingQueue{ public static void main(String[] args) throws InterruptedException { java.util.concurrent.BlockingQueue<String> blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(5); for (int i = 0; i < 10; i++) { // 将指定元素添加到此队列中 blockingQueue.put("加入元素" + i); System.out.println("向阻塞队列中添加了元素:" + i); } System.out.println("程序到此运行结束，即将退出----"); }} |
当限制阻塞队列数量为5时，添加了5个元素之后，继续添加将会队列外阻塞等待，此时程序并未终止。
当队列满了之后，我们将队首元素移除，则可以继续向阻塞队列中添加元素，代码如下：
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public class BlockingQueue{ public static void main(String[] args) throws InterruptedException { java.util.concurrent.BlockingQueue<String> blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(5); for (int i = 0; i < 10; i++) { // 将指定元素添加到此队列中 blockingQueue.put("加入元素" + i); System.out.println("向阻塞队列中添加了元素:" + i); if(i>=4) System.out.println("移除队首元素"+blockingQueue.take()); } System.out.println("程序到此运行结束，即将退出----"); } |
执行结果如下：
3、阻塞队列的实现原理
下面主要看一下ArrayBlockingQueue的实现原理。
首先看一下ArrayBlockingQueue类的成员变量：
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public class ArrayBlockingQueue<E> extends AbstractQueue<E> implements BlockingQueue<E>, java.io.Serializable { /** 底层存储结构-数组 */ final Object[] items; /** 队首元素下标 */ int takeIndex; /** 队尾元素下标 */ int putIndex; /**队列元素总数 */ int count; /** 重入锁 */ final ReentrantLock lock; /** notEmpty等待条件 */ private final Condition notEmpty; /** notFull等待条件 */ private final Condition notFull; /** * Shared state for currently active iterators, or null if there * are known not to be any. Allows queue operations to update * iterator state. */ transient Itrs itrs = null; |
可以看到，ArrayBlockingQueue用来存储元素的实际上是一个数组。
再看下ArrayBlockingQueue两个重要方法的实现，put()和take():
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public void put(E e) throws InterruptedException { //先检查e是否为空 checkNotNull(e); //获取锁 final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lockInterruptibly(); try { //当队列已满，进入条件等待 while (count == items.length) notFull.await(); //队列不满，进行入队列操作 enqueue(e); } finally { //释放锁 lock.unlock(); } } |
再看下具体的入队操作：
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private void enqueue(E x) { final Object[] items = this.items; //队尾入队 items[putIndex] = x; if (++putIndex == items.length) putIndex = 0; //队列总数+1 count++; //notempty条件的等待集中随机选择一个线程，解除其阻塞状态 notEmpty.signal(); } |
下面是take()方法的源代码：
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public E take() throws InterruptedException { //获取锁 final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lockInterruptibly(); try { //队列为空 while (count == 0) //线程加入notEmpty条件等待集 notEmpty.await(); //非空，出队列 return dequeue(); } finally { //释放锁 lock.unlock(); } } |
4、阻塞队列的应用：实现消费者-生产者模式
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/** * @author 作者：徐剑 E-mail:anxu_2013@163.com * @version 创建时间：2016年3月20日 下午2:21:55 * 类说明：阻塞队列实现的消费者-生产者模式 */public class Test{ private int queueSize = 10; private ArrayBlockingQueue<Integer> queue = new ArrayBlockingQueue<Integer>(queueSize); public static void main(String[] args) { Test test = new Test(); Producer producer = test.new Producer(); Consumer consumer = test.new Consumer(); producer.start(); consumer.start(); } class Consumer extends Thread { @Override public void run() { consume(); } private void consume() { while (true) { try { queue.take(); System.out.println("从队列取走一个元素，队列剩余" + queue.size() + "个元素"); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } } class Producer extends Thread { @Override public void run() { produce(); } private void produce() { while (true) { try { queue.put(1); System.out.println("向队列取中插入一个元素，队列剩余空间："+ (queueSize - queue.size())); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } }} |
以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助。
