BlockingQueu 阻塞队列
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java.util.concurrent
public interface BlockingQueue<E> extends Queue<E>
简介
当阻塞队列插入数据时：
如果队列已经满了，线程则会阻塞等待队列中元素被取出后在插入。
当从阻塞队列中取数据时，如果队列是空的，则线程会阻塞等待队列中有新元素。
阻塞队列（BlockingQueue）是一个支持两个附加操作的队列：
这两个附加的操作是：
在队列为空时，获取元素的线程会等待队列变为非空。
当队列满时，存储元素的线程会等待队列可用。
阻塞队列常用于生产者和消费者的场景，生产者是往队列里添加元素的线程，消费者是从队列里拿元素的线程。
阻塞队列就是生产者存放元素的容器，而消费者也只从容器里拿元素。
ArrayBlockingQueue ： 一个由数组结构组成的有界阻塞队列（实现的接口是 BlockingQueue）。
LinkedBlockingQueue ： 一个由链表结构组成的有界阻塞队列（实现的接口是 BlockingQueue）。
PriorityBlockingQueue ： 一个支持优先级排序的无界阻塞队列（实现的接口是 BlockingQueue）。
DelayQueue： 一个使用优先级队列实现的无界阻塞队列（实现的接口是 BlockingQueue）。
SynchronousQueue： 一个不存储元素的阻塞队列（实现的接口是 BlockingQueue）。
LinkedTransferQueue： 一个由链表结构组成的无界阻塞队列（实现的接口是 BlockingQueue）。
LinkedBlockingDeque： 一个由链表结构组成的双向阻塞队列（特例：实现的接口是 BlockingDeque）。
处理方法
| 方法描述 | 抛出异常 | 返回特殊的值 | 一直阻塞（中断会抛出异常） | 超时退出 |
|---|---|---|---|---|
| 插入数据 | add(e) | offer(e) | put(e) | offer(e,time,unit) |
| 获取并移除队列的头 | remove() | poll() | take() | poll(time,unit) |
| 获取但不移除队列的头 | element() | peek() | 不可用 | 不可用 |
抛出异常：
是指当阻塞队列满时候，再往队列里插入元素，会抛出IllegalStateException(“Queue full”)异常。
当队列为空时，从队列里获取元素时会抛出NoSuchElementEx·ception异常 。
返回特殊值：
插入方法会返回是否成功，成功则返回true。
移除方法，则是从队列里拿出一个元素，如果没有则返回null
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，直到拿到数据，或者响应中断退出。
当队列空时，消费者线程试图从队列里take元素，队列也会阻塞消费者线程，直到队列可用。
超时退出：
当阻塞队列满时，队列会阻塞生产者线程一段时间，如果超过一定的时间，生产者线程就会退出。
抛出异常与返回特殊值方法的实现是一样的，只不过对失败的操作的处理不一样！
通过 AbstractQueue 的源码可以发现，add(e)，remove()，element() 都是分别基于offer()，poll()，peek()实现的
public interface BlockingQueue<E> extends Queue<E> {
//将给定元素设置到队列中，如果设置成功返回true, 否则返回false。如果是往限定了长度的队列中设置值，推荐使用offer()方法。
boolean add(E e);
//将给定的元素设置到队列中，如果设置成功返回true, 否则返回false. e的值不能为空，否则抛出空指针异常。
boolean offer(E e);
//将元素设置到队列中，如果队列中没有多余的空间，该方法会一直阻塞，直到队列中有多余的空间。
void put(E e) throws InterruptedException;
//将给定元素在给定的时间内设置到队列中，如果设置成功返回true, 否则返回false.
boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit)
throws InterruptedException;
//从队列中获取值，如果队列中没有值，线程会一直阻塞，直到队列中有值，并且该方法取得了该值。
E take() throws InterruptedException;
//在给定的时间里，从队列中获取值，时间到了直接调用普通的poll方法，为null则直接返回null。
E poll(long timeout, TimeUnit unit)
throws InterruptedException;
//获取队列中剩余的空间。
int remainingCapacity();
//从队列中移除指定的值。
boolean remove(Object o);
//判断队列中是否拥有该值。
public boolean contains(Object o);
//将队列中值，全部移除，并发设置到给定的集合中。
int drainTo(Collection<? super E> c);
//指定最多数量限制将队列中值，全部移除，并发设置到给定的集合中。
int drainTo(Collection<? super E> c, int maxElements);
}
BlockingQueue特点
BlockingQueue不接受 null 元素。
BlockingQueue可以是限定容量的（默认：Integer.MAX_VALUE）。
BlockingQueue实现是线程安全的。
与BlockingQueue一样，BlockingDeque是线程安全的，但不允许 null 元素，并且可以有容量限制。
七个阻塞队列
ArrayBlockingQueue（需指定容量）：
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。
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。
PriorityBlockingQueue（不会阻塞生产者）：
是一个支持优先级的无界队列。
默认情况下元素采取自然顺序排列（每个元素都必须实现 Comparable 接口），也可以通过比较器comparator来指定元素的排序规则。元素按照升序排列。
其iterator()方法中提供的迭代器并不保证以特定的顺序遍历 PriorityBlockingQueue 的元素。
如果需要有序地进行遍历，则应考虑使用Arrays.sort(priorityBlockingQueue.toArray())。
DelayQueue：
无界阻塞队列，只有在延迟期满时才能从中提取元素（如果元素没有达到延时时间，就阻塞当前线程）。
注意 DelayQueue 的所有方法只能操作“到期的元素“，例如，poll()、remove()、size()等方法，都会忽略掉未到期的元素。
我们可以将DelayQueue运用在以下应用场景：
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DelayQueue中获取元素时，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，
从比如TimerQueue就是使用DelayQueue实现的。
DelayQueue 的实现是基于 PriorityQueue，是一个优先级队列，是以延时时间的长短进行排序的：
所以，DelayQueue 需要知道每个元素的延时时间，而这个延时时间是由 Delayed 接口的 getDelay() 方法获取的。
所以，DelayQueue 的元素必须实现 Delay 接口。
SynchronousQueue：
一种阻塞队列，其中每个插入操作必须等待另一个线程的对应移除操作（只有一个元素）。
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。
LinkedTransferQueue（队列不满时也可以阻塞）：
是一个由链表结构组成的无界阻塞TransferQueue队列 。相对于其他阻塞队列LinkedTransferQueue多了tryTransfer和transfer方法。
transfer方法（阻塞）：
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，并阻塞到该元素被消费者消费了才返回。
tryTransfer方法：
则是用来试探下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。而transfer方法是必须等到消费者消费了才返回。
对于带有时间限制的 tryTransfer(E e, long timeout, TimeUnit unit)方法 ，
则是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的时间再返回，如果超时还没消费元素，则返回false，如果在超时时间内消费了元素，则返回true。
LinkedBlockingDeque：
是一个由链表结构组成的双向阻塞队列。所谓双向队列指的你可以从队列的两端插入和移出元素。
有界的阻塞队列，默认长度以及最大长度是 Integer.MAX_VALUE。可在创建时，指定容量。
LinkedBlockingDeque多了addFirst，addLast，offerFirst，offerLast，peekFirst，peekLast等方法。
另外，插入方法add等同于addLast，移除方法remove等效于removeFirst。
但是take方法却等同于takeFirst。
ArrayBlockingQueue源码分析
public class ArrayBlockingQueue<E> extends AbstractQueue<E>
implements BlockingQueue<E>, java.io.Serializable {
final ReentrantLock lock;
private final Condition notEmpty;
private final Condition notFull;
/** items index for next take, poll, peek or remove */
int takeIndex;
/** items index for next put, offer, or add */
int putIndex;
/** Number of elements in the queue */
int count;
public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair) {
if (capacity <= 0)
throw new IllegalArgumentException();
this.items = new Object[capacity];
lock = new ReentrantLock(fair);
notEmpty = lock.newCondition();
notFull = lock.newCondition();
}
public boolean add(E e) {
if (offer(e))
return true;
else
throw new IllegalStateException("Queue full");
}
public boolean remove(Object o) {
if (o == null) return false;
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
if (count > 0) {
final Object[] items = this.items;
for (int i = takeIndex, end = putIndex,
to = (i < end) ? end : items.length;
; i = 0, to = end) {
for (; i < to; i++)
if (o.equals(items[i])) {
removeAt(i);
return true;
}
if (to == end) break;
}
}
return false;
} finally {
lock.unlock();
}
}
public boolean offer(E e) {
Objects.requireNonNull(e);
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
if (count == items.length)
return false;
else {
enqueue(e);
return true;
}
} finally {
lock.unlock();
}
}
public E poll() {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
return (count == 0) ? null : dequeue();
} finally {
lock.unlock();
}
}
public void put(E e) throws InterruptedException {
Objects.requireNonNull(e);
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lockInterruptibly();
try {
while (count == items.length)
notFull.await();
enqueue(e);
} finally {
lock.unlock();
}
}
public E take() throws InterruptedException {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lockInterruptibly();
try {
while (count == 0)
notEmpty.await();
return dequeue();
} finally {
lock.unlock();
}
}
private void enqueue(E e) {
// assert lock.isHeldByCurrentThread();
// assert lock.getHoldCount() == 1;
// assert items[putIndex] == null;
final Object[] items = this.items;
items[putIndex] = e;
if (++putIndex == items.length) putIndex = 0;
count++;
notEmpty.signal();
}
private E dequeue() {
// assert lock.isHeldByCurrentThread();
// assert lock.getHoldCount() == 1;
// assert items[takeIndex] != null;
final Object[] items = this.items;
@SuppressWarnings("unchecked")
E e = (E) items[takeIndex];
items[takeIndex] = null;
if (++takeIndex == items.length) takeIndex = 0;
count--;
if (itrs != null)
itrs.elementDequeued();
notFull.signal();
return e;
}
}
