Java 中的阻塞队列
本文部分摘自《Java 并发编程的艺术》
阻塞队列概述
阻塞队列（BlockingQueue）是一个支持两个附加操作的队列，这两个附加的操作支持阻塞的插入和移除方法：
- 支持阻塞的插入方法：意思是当队列为满时，队列会阻塞插入元素的线程，直到队列不为满
- 支持阻塞的移除方法：意思是当队列为空时，获取元素的线程会等待队列变为非空
阻塞队列通常用在生产者和消费者的场景，生产者是向队列添加元素的线程，消费者是从队列获取元素的线程。阻塞队列就是生产者用来存放元素，消费者用来获取元素的容器
在阻塞队列不可用时，这两个附加操作提供了四种处理方式：
| 抛出异常 | 返回特殊值 | 一直阻塞 | 超时退出 | |
|---|---|---|---|---|
| 插入方法 | add(o) | offer(o) | put(o) | offer(o, timeout, timeunit) |
| 移除方法 | remove(o) | poll() | take(o) | poll(o, timeout, timeunit) |
| 检查方法 | element() | peek() | — | — |
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抛出异常
当队列满时，如果再往队列里插入元素，会抛出 IllegalStateException 异常。当队列空时，从队列里获取元素会抛出 NoSuchElementException 异常
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返回特殊值
当往队列插入元素，会返回元素是否插入成功，成功返回 true，否则返回 false。如果是移除方法，则是从队列里取出一个元素，如果没有则返回 null
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一直阻塞
当阻塞队列满时，如果生产者线程往队列里 put 元素，队列会一直阻塞生产者线程，直到队列可用或者响应中断。当队列为空时，如果消费者线程从队列里 take 元素，队列会阻塞消费者线程，直到队列不为空
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超时退出
当阻塞队列满时，如果生产者线程往队列里插入元素，队列会阻塞生产者线程一段时间，如果超过了指定的时间，生产者线程就会退出
Java 里的阻塞队列
JDK7 提供了 7 个阻塞队列，如下：
1. ArrayBlockingQueue
ArrayBlockingQueue 是一个用数组实现的有界阻塞队列，此队列按照先进先出（FIFO）的原则对元素进行排序，默认情况下不保证线程公平的访问队列
2. LinkedBlockingQueue
LinkedBlockingQueue 是一个用链表实现的有界阻塞队列，此队列的默认和最大长度为 Integer.MAX_VALUE，此队列按照先进先出的原则对元素进行排序
3. PriorityBlockingQueue
PriorityBlockingQueue 是一个支持优先级的无界阻塞队列，默认情况下元素采取自然顺序升序排序，也可以定义类实现 compareTo() 方法来指定元素排序规则，或者初始化队列时，指定构造参数 Comparator
4. DelayQueue
DelayQueue 是一个支持延时获取元素的无界阻塞队列，队列使用 PriorityQueue 来实现，队列中的元素必须实现 Delay 接口，在创建元素时可以指定多久才能从队列中获取当前元素，只有延迟期满才能从队列中提取元素
DelayQueue 可以运用在以下应用场景：
- 缓存系统的设计：可以用 DelayQueue 保证缓存元素的有效期，使用一个线程循环查询 DelayQueue，一旦能从中获取元素，表示缓存有效期到了
- 定时任务调度：使用 DelayQueue 保存当天将会执行的任务和执行时间，一旦从 DelayQueue 中获取到任务就开始执行
5. SynchronousQueue
SynchronousQueue 是一个不存储元素的阻塞队列，每一个 put 操作必须等待一个 take 操作，否则不能继续添加元素
6. LinkedTransferQueue
LinkedTransferQueue 是一个由链表结构组成的无界阻塞队列 TransferQueue 队列，相对于其他阻塞队列，LinkedTransferQueue 多了 tryTransfer 和 transfer 方法
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transfer 方法
如果当前有消费者正在等待接收元素（消费者使用 take 方法或带时间限制的 poll 方法时），transfer 方法可以把生产者传入的元素立刻 transfer（传输）给消费者。如果没有消费者在等待接收元素，transfer 方法会将元素存放在队列的 tail 节点，并等到该元素被消费者消费了才返回
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tryTransfer 方法
tryTransfer 方法是用来试探生产者传入的元素是否能直接传给消费者，如果没有消费者等待接收元素，则返回 false，和 transfer 方法的区别是 tryTransfer 方法无论消费者是否接收，方法立即返回，也可以带上时间限制
7. LinkedBlockingDeque
LinkedBlockingDeque 是一个由链表结构组成的双向阻塞队列，因为多了一个操作队列的入口，在多线程同时入队时，也就少了一半的竞争
