Java并发编程-BlockingQueue阻塞队列

BlockingQueue阻塞队列

1.BlockingQueue介绍1.1.引言：1.2.阻塞队列介绍：1.3.阻塞队列的用处：1.4.接口架构图2.BlockingQueue核心方法3.BlockingQueue案例测试3.1.抛出异常的方法代码验证：3.2.返回特殊值的方法（boolean值返回）3.3.阻塞队列的方法3.4.超时中断的方法

1.BlockingQueue介绍

1.1.引言：

阻塞虽然是不好的，但是我们有时候不得不阻塞，比如说一家餐厅人满了，店主当然不希望即将过来的这些客人全部都走，而是希望它们留下来继续排队等候。对于阻塞的内容，线程和资源的调度管理能力，这样就出了一个接口，就叫阻塞队列。在不得不阻塞，必须要阻塞的时候，如何管理好被阻塞的资源和线程，这就是阻塞队列。

队列的特性：先进先出，插入元素在队尾，删除元素在队头。

1.2.阻塞队列介绍：

阻塞：必须要阻塞/不得不阻塞

阻塞队列是一个队列，在数据结构中中起的作用如下图：

线程1往阻塞队列里添加元素，线程2从阻塞队列里移除元素。

阻塞队列，我们可以简单的理解为海底捞火锅店的候客区，如图绿框框就是我们的阻塞队列，即我们所理解的海底捞火锅店的候客区，里面等着的就是一桌一桌的食客。如果候客区也满了，还加不加人？

当队列是空的，从队列中获取元素的操作将会被阻塞。

当队列是满的，从队列中添加元素的操作将会被阻塞。

试图从空的队列中获取元素的线程将会被阻塞，直到其他线程往空的队列插入新的元素。

对于上面阻塞的问题，我们又可以举一个例子，假如说Thread1是做蛋糕的师傅，Thread2是买蛋糕的顾客，而BlockingQueue是食品柜。当顾客来了，发现食品柜是空的，想消费蛋糕的操作将会被阻塞。如果蛋糕买的人少了，食品柜中的蛋糕满了，此时生产蛋糕的操作将会被阻塞。

**试图从空的队列中获取元素的线程将会被阻塞，直到其他线程往空的队列插入新的元素。**简单的说，就是空的时候不能消费，满的时候不能增加。

试图向已满的队列中添加新元素的线程将会被阻塞，直到其它线程从队列中移除一个或多个元素或者完全清空，使队列变得空闲起来并后续新增。

1.3.阻塞队列的用处：

在多线程领域：所谓阻塞，在某些情况下会挂起线程（即阻塞），一旦条件满足，被挂起的线程又会自动被唤起。

wait就是一种阻塞，notify是一种唤醒，await是一种阻塞， signal是唤醒。

为什么需要 BlockingQueue？

好处是我们不需要关心什么时候需要阻塞线程，什么时候需要唤醒线程，因为这一切BlockingQueue 都给你一手包办了。在 concurrent 包发布以前，在多线程环境下，我们每个程序员都必须自己去控制这些细节，尤其还要兼顾效率和线程安全，而这会给我们的程序带来不小的复杂度。

也就是不用手写wait和notify了。只要柜子里蛋糕满了，生产线程就会阻塞，只要柜子里没有蛋糕了，消费线程就会被阻塞。

1.4.接口架构图

BlockingQueue所有已知实现类：

ArrayBlockingQueue ，DelayQueue ，LinkedBlockingDeque， LinkedBlockingQueue ， LinkedTransferQueue ， PriorityBlockingQueue ， SynchronousQueue

在我们以前学习集合的过程中，Collection接口有两个常用的接口List接口和Set接口，现在又有了阻塞队列接口BlockingQueue

ArrayBlockingQueue：由数组结构组成的有界阻塞队列

LinkedBlockingQueue:由链表结构组成的有界（但大小默认值为integer.MAX_VALUE)阻塞队列

PriorityBlockingQueue：支持优先级排序的无界阻塞队列

DelayQueue：使用优先级队列实现的延迟无界阻塞队列

SynchronousQueue：不存储元素的阻塞队列，也即单个元素的队列

LinkedTransferQueue：由链表结构组成的无界阻塞队列

LinkedBlockingDeque：由链表结构组成的双向阻塞队列

2.BlockingQueue核心方法

核心方法如下：

共同点：插入成功或者删除成功都返回true（除了put和take）,区别在于处理异常情况

（1）抛出异常的方法

当阻塞队列满时，再往队列里add元素会抛出IllegalStateException：Queue full；

当阻塞队列空时，再从队列里remove移除元素会抛NoSuchElementException。

（2）返回特殊值（boolean值）的方法

插入成功，返回true；插入失败，返回false；

删除成功返回出队列元素；删除失败返回null；

（3）阻塞的方法（添加无返回值）

当阻塞队列满时，生产者线程继续往队列里put元素，队列会一直阻塞生产线程直到put数据or响应中断退出。

当阻塞队列空时，消费者线程试图take队列里的元素，队列会一直阻塞消费者线程直到队列有可用元素。

（4）超时的方法

当向阻塞队列offer元素时候，时间超过了设定的值，就会出现超时中断；

当向阻塞队列poll元素时候，时间超过了设定的值，就会出现超时中断。

3.BlockingQueue案例测试

3.1.抛出异常的方法代码验证：

add方法抛出异常

public static void main(String[] args) {//ArrayBlockingQueue是由数组结构组成的有界阻塞队列，所以要加参数BlockingQueue<String> blockingQueue=new ArrayBlockingQueue<>(3);System.out.println(blockingQueue.add("a"));System.out.println(blockingQueue.add("b"));System.out.println(blockingQueue.add("c"));//System.out.println(blockingQueue.add("d"));}

当阻塞队列满时，再往队列里add元素会抛出IllegalStateException：Queue full；

remove方法抛出异常

public static void main(String[] args) {//ArrayBlockingQueue是由数组结构组成的有界阻塞队列，所以要加参数BlockingQueue<String> blockingQueue=new ArrayBlockingQueue<>(3);System.out.println(blockingQueue.add("a"));System.out.println(blockingQueue.add("b"));System.out.println(blockingQueue.add("c"));//remove会返回被移除的对象System.out.println(blockingQueue.remove());System.out.println(blockingQueue.remove());System.out.println(blockingQueue.remove());System.out.println(blockingQueue.remove());}

当阻塞队列空时，再从队列里remove移除元素会抛NoSuchElementException。

element检查方法：（底层调用了 peek()方法）

public static void main(String[] args) {//ArrayBlockingQueue是由数组结构组成的有界阻塞队列，所以要加参数BlockingQueue<String> blockingQueue=new ArrayBlockingQueue<>(3);System.out.println(blockingQueue.add("a"));System.out.println(blockingQueue.add("a"));//element就是查看一下队首元素的值System.out.println(blockingQueue.element());}

3.2.返回特殊值的方法（boolean值返回）

阻塞队列offer方法的使用

public static void main(String[] args) {BlockingQueue<String> blockingQueue=new ArrayBlockingQueue<>(3);System.out.println(blockingQueue.offer("a"));System.out.println(blockingQueue.offer("b"));System.out.println(blockingQueue.offer("c"));System.out.println(blockingQueue.offer("d"));}

插入成功，返回true；插入失败，返回false；

阻塞队列poll方法的使用

删除成功返回出队列元素；删除失败返回null；

3.3.阻塞队列的方法

阻塞队列put方法使用

没有报错，当阻塞队列满时，生产者线程继续往队列里put元素，队列会一直阻塞生产线程直到put数据or响应中断退出。，即腾出空位置为止，能塞进去。与semaphore争车位类似

阻塞队列take方法使用

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {BlockingQueue<String> blockingQueue=new ArrayBlockingQueue<>(3);blockingQueue.put("a");blockingQueue.put("a");blockingQueue.put("a");System.out.println(blockingQueue.take());System.out.println(blockingQueue.take());System.out.println(blockingQueue.take());System.out.println(blockingQueue.take());}

当阻塞队列空时，消费者线程试图take队列里的元素，队列会一直阻塞消费者线程直到队列有可用元素。

3.4.超时中断的方法

阻塞队列offer超时中断演示

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {BlockingQueue<String> blockingQueue=new ArrayBlockingQueue<>(3);System.out.println(blockingQueue.offer("a",3L,TimeUnit.SECONDS));System.out.println(blockingQueue.offer("a",3L,TimeUnit.SECONDS));System.out.println(blockingQueue.offer("a",3L,TimeUnit.SECONDS));System.out.println(blockingQueue.offer("a",3L,TimeUnit.SECONDS));}

程序执行结果如下：当往阻塞队列添加第六个元素的时候，队列添加不进去，3秒后会超时中断。

当向阻塞队列offer元素时候，时间超过了设定的值，就会出现超时中断；

阻塞队列poll超时中断演示

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {BlockingQueue<String> blockingQueue=new ArrayBlockingQueue<>(3);System.out.println(blockingQueue.offer("a",3L,TimeUnit.SECONDS));System.out.println(blockingQueue.offer("a",3L,TimeUnit.SECONDS));System.out.println(blockingQueue.offer("a",3L,TimeUnit.SECONDS));System.out.println(blockingQueue.poll(3L,TimeUnit.SECONDS));System.out.println(blockingQueue.poll(3L,TimeUnit.SECONDS));System.out.println(blockingQueue.poll(3L,TimeUnit.SECONDS));System.out.println(blockingQueue.poll(3L,TimeUnit.SECONDS));}

当向阻塞队列poll元素时候，时间超过了设定的值，就会出现超时中断。