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到底什么是阻塞队列?有啥用?

Java技术栈 | 22 2021-02-26 14:18 0 0 0

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作者:海向
地址:www.cnblogs.com/haixiang/p/12354520.html

什么是阻塞队列

阻塞队列是一个支持阻塞的插入和移除的队列。

  • 支持阻塞的插入方法:意思是当队列满时,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:意思是队列为空时,获取元素(同时移除元素)的线程会被阻塞,等到队列变为非空。

阻塞队列用法

阻塞队列常用于生产者和消费者的场景,生产者是向队列里添加元素的线程,消费者是从队列里获取元素的线程。

当阻塞队列不可用时,会有四种相应的处理方式:

处理方式抛出异常返回特殊值一直阻塞超时退出
插入操作add(e)offer(e)put(e)offer(e, time, unit)
移除操作remove()poll()take()poll(time, unit)
获取操作element()peek()不可用不可用
  • 返回特殊值:插入元素时,会返回是否插入成功,成功返回true。如果是移除方法,则是从队列中取出一个元素,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面put元素,则生产者线程会被阻塞,知道队列不满或者响应中断退出。当队列为空时,如果消费者线程从队列里take元素。
  • 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,如果超过了指定时间,生产者线程就会退出。

如果是无界阻塞队列,队列则不会出现满的情况。

阻塞队列

  • ArrayBlockingQueue:一个由数组结构组成的有界阻塞队列
  • LinkedBlockingQueue:一个由链表结构组成的有界阻塞队列
  • PriorityBlockingQueue:一个支持优先级排序无界阻塞队列
  • DelayQueue:一个使用优先级队列实现的无界阻塞队列
  • SynchronousQueue:一个不存储元素的阻塞队列
  • LinkedTransferQueue:一个由链表结构组成的无界阻塞队列
    • LinkedBlockingDeque:一个由链表结构组成的双向阻塞队列

1.ArrayBlockingQueue

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地访问队列(所谓公平是指当队列可用时,先被阻塞的线程先访问队列)

为了保证公平性通常会降低吞吐量。

公平锁是利用了可重入锁的公平锁来实现。

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();
}

2.ArrayBlockingQueue

此队列按照先进先出(FIFO)的原则对元素进行排序

默认长度为Integer.MAX_VALUE

3.PriorityBlockingQueue

默认情况下元素采取自然顺序升序排列

可以自定义Comparator或者自定义类实现compareTo()方法来指定排序规则

不支持同优先级元素排序

4.DelayQueue

队列使用PriorityQueue来实现,队列中的元素必须实现Delayed接口

只有在延时期满才能从队列中提取元素。Java 核心技术知识点我都整理成面试题和答案了,关注公众号Java技术栈,回复:面试,可以免费获取。

阻塞队列原理

如果队列是空的,消费者会一直等待,当生产者添加元素时,消费者是如何知道当前队列有元素的呢?

使用通知模式实现。所谓通知模式,就是当生产者往满的队列添加元素时会阻塞住生产者,当消费者消费了一个队列中的元素后,会通知生产者当前队列可用。

ArrayBlockingQueue为例子

/** items 存放队列中的元素*/
final Object[] items;

/** take 操作的索引 */
int takeIndex;

/** put 操作的索引 */
int putIndex;

/** 队列中元素个数 */
int count;

/** Main lock guarding all access */
final ReentrantLock lock;

/** 控制生产者 takes 操作的 Condition */
private final Condition notEmpty;

/** 控制消费者 put 操作的 Condition */
private final Condition notFull;

put操作

public void put(E e) throws InterruptedException {
    checkNotNull(e); //判断 e == null
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lockInterruptibly(); //获取锁,与lock不同,可以尝试中断阻塞
    try {
        while (count == items.length)
            notFull.await();
        enqueue(e);
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

入队操作,入队之后唤醒消费者线程。

private void enqueue(E x) {
    // assert lock.getHoldCount() == 1;
    // assert items[putIndex] == null;
    final Object[] items = this.items;
    items[putIndex] = x;
    if (++putIndex == items.length)
        putIndex = 0;
    count++;
    notEmpty.signal();
}

notFull.await();中其实调用了park方法,先使用setBlocker保存一下将要阻塞的线程,然后调用本地方法UNSAFE.park(boolean isAbsolute, long time)进行阻塞。

    public static void park(Object blocker) {
        Thread t = Thread.currentThread();
        setBlocker(t, blocker);
        UNSAFE.park(false0L);
        setBlocker(t, null);
    }






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