并发之 阻塞队列

本节内容总结自《Java 并发编程的艺术》

Java中的阻塞队列

什么是阻塞队列

1. 定义：阻塞队列是支持阻塞的插入和移除方法。支持阻塞的插入是指，当队列满时，队列会阻塞插入元素的线程，直到队列不满。支持阻塞的移除方法是指，队列为空时，获取元素的线程会等待队列变为非空。阻塞队列常用于生产者和消费者的场景，生产者是向队列中添加元素的线程，消费者是从队列中取元素的线程。

2. 阻塞队列中提供的处理方式

   方法	抛出异常	返回特殊值	一直阻塞	超时退出
   插入方法	add(e)	offer(e)	put(e)	offer(e, time, unit)
   移除方法	remove()	poll()	take()	poll(time, unit)
   检查方法	element()	peek()	不可用	不可用

Java 中的阻塞队列

1. ArrayBlockingQueue：是一个用数组实现的有界阻塞队列。按照插入顺序存储元素。默认情况下不保证线程公平的访问队列，为了保证公平性，可以在new时第二个参数使用true来创建一个公平性的队列。在该队列中，公平性是通过可重入锁ReentrantLock实现的。
2. LinkedBlockingQueue：是一个用链表实现的有界阻塞队列。队列的默认和最大长度为Integer.MAX_VALUE。
3. PriorityBlockingQueue：是一个支持优先级的无界阻塞队列。默认情况下采用升序排列。可以自定义类实现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来对元素进行排序。
4. DelayQueue：是一个支持延时获取元素的无界阻塞队列。队列使用PriorityQueue实现，队列中的元素必须实现Delayed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。只有在延迟期满时才能从队列中提取元素。
   • DelayQueue的使用场景
     1. 缓存系统的设计：可以用DelayQueue保存缓存元素的有效期，使用一个线程循环查询DelayQueue，一旦能从队列中过获取到元素，表示缓存有效期已经到了。
     2. 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：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。他支持公平访问队列（参数为true），默认情况下线程采用非公平性策略访问队列。SynchronousQueue可以看成是一个传球手，负责把生产者线程处理的数据直接传递给消费者线程。队列本身不存储任何元素，非常适合传递性场景。
6. LinkedTransferQueue：是一个由链表结构组成的无界阻塞队列。相对于其他阻塞队列，LinkedTransferQueue队列多了transfer和tryTransfer方法。
   1. transfer方法：如果当前有消费者正在等待接收元素，transfer方法可以把生产者传入的元素立刻transfer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，并等待该元素被消费者消费了才返回。transfer方法会自旋等待消费者线程，但自旋一定次数之后也可以使用Thread.yield()方法来暂停自旋，并执行其他线程。
   2. tryTransfer方法：是用来试探生产者传入的元素是否能直接给消费者。如果没有消费者接收元素则返回false。和transfer方法的区别是，不论消费者是否存在，该方法都会立即返回。有时间限制的tryTransfer(E e, long timeout, TimeUnit unit)方法，试图把生产者传入的元素直接传给消费者，但是如果没有消费者消费该元素则等待指定时间再返回。
7. LinkedBlockingDeque：是一个由链表结构组成的双向阻塞队列。它支持两端插入和删除元素。双向队列因为多了一个操作队列的入口和出口，在多线程同时入队时，也就减少了一般的竞争。

阻塞队列的实现分析

• 可以使用等待通知机制实现，就是当生产者往满的队列中插入元素时会阻塞住生产者，消费者消费了一个队列中的元素后会通知生产者停止阻塞。可以使用 Object类中的等待通知机制，或者 Condition实现。