Java集合--阻塞队列（ArrayBlockingQueue）
Java集合--阻塞队列（ArrayBlockingQueue）
1 ArrayBlockingQueue
ArrayBlockingQueue是一个阻塞队列，底层使用数组结构实现，按照先进先出（FIFO）的原则对元素进行排序。
ArrayBlockingQueue是一个线程安全的集合，通过ReentrantLock锁来实现，在并发情况下可以保证数据的一致性。
此外，ArrayBlockingQueue的容量是有限的，数组的大小在初始化时就固定了，不会随着队列元素的增加而出现扩容的情况，也就是说ArrayBlockingQueue是一个“有界缓存区”。
在下面图片中，以数组形式展示了一个ArrayBlockingQueue：
image
当向队列插入元素时，首先会插入到数组的0角标处，再有新元素进来时，依次类推，角标1、角标2、角标3。
整个item[]就是一个队伍，我们用时间来排序，展示入队场景。
image
而当有元素出队时，先移除角标为0的元素，与入队一样，依次类推，移除角标1、角标2...上的元素。
这也形成了“先进先出”。
接下来，我们来看看ArrayBlockingQueue的源码实现！
- 构造方法
在多线程中，默认不保证线程公平的访问队列。
什么叫做公平访问队列？我们都知道，在ArrayBlockingQueue中为了保证数据的安全，使用了ReentrantLock锁。由于锁的引入，导致了线程之间的竞争。当有一个线程获取到锁时，其余线程处于等待状态。当锁被释放时，所有等待线程为夺锁而竞争。
而所谓的公平访问，就是等待的线程在获取锁而竞争时，按照等待的先后顺序进行获取操作，先等待的先获取，后等待的后获取。
而非公平访问，就是在获取时候，无论是先等待还是后等待的线程，均有可能获取到锁。
在ArrayBlockingQueue中，由于公平锁会降低队列的性能，因而使用非公平锁(默认)。
是否公平，根据ReentrantLock对象来实现---ReentrantLock lock = new ReentrantLock(false)，具体看下构造便可得知。
public class ArrayBlockingQueue<E> extends AbstractQueue<E>
implements BlockingQueue<E>, java.io.Serializable {
//队列实现：数组
final Object[] items;
//当读取元素时数组的下标(下一个被添加元素的索引)
int takeIndex;
//添加元素时数组的下标 （下一个被取出元素的索引）
int putIndex;
//队列中元素个数：
int count;
//锁：
final ReentrantLock lock;
//控制take()操作时是否让线程等待
private final Condition notEmpty;
//控制put()操作时是否让线程等待
private final Condition notFull;
//初始化队列容量构造：
public ArrayBlockingQueue(int capacity) {
this(capacity, false);
}
//带初始容量大小和公平锁队列(公平锁通过ReentrantLock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();
}
}- 插入元素
在ArrayBlockingQueue中，提供了两种不同形式的元素插入--阻塞式和非阻塞式。
对于阻塞式插入来说，当队列中的元素已满时，则会将此线程停止，让其处于等待状态，直到队列中有空余位置产生。
//向队列尾部添加元素，如果队列满了，则线程等待
public void put(E e) throws InterruptedException {
//不能插入非空元素,会抛出异常
checkNotNull(e);
//上锁，保证数据安全
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lockInterruptibly();
try {
//队列中元素 == 数组长度(队列满了),则线程等待
while (count == items.length)
notFull.await();
//添加队列元素
insert(e);
} finally {
//插入完成，释放锁
lock.unlock();
}
}而对于非阻塞式来说，当队列中的元素已满时，并不会阻塞此线程的操作，而是让其返回又或者是抛出异常。
//向队列尾部添加元素，队列满了返回false
public boolean offer(E e) {
//不能插入非空元素,会抛出异常
checkNotNull(e);
//上锁，保证数据安全
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
//队列中元素 == 数组长度(队列满了),则返回false
if (count == items.length)
return false;
else {
//添加队列元素
insert(e);
return true;
}
} finally {
//插入完成，释放锁
lock.unlock();
}
}上面的offer(E e)并不会阻塞线程的执行，但是如果想让阻塞和非阻塞相结合的话，需要怎么处理?
ArrayBlockingQueue为我们提供了折中的方法--offer(E e, long timeout, TimeUnit unit);
向队列尾部添加元素，可以设置线程等待时间，如果超过指定时间队列还是满的，则返回false；
public boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
//不能插入非空元素,会抛出异常
checkNotNull(e);
//转换成超时时间阀值：
long nanos = unit.toNanos(timeout);
//上锁，保证数据安全
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lockInterruptibly();
try {
//对队列是否元素满了，做判断。
while (count == items.length) {
//如果队列是满的，则每次遍历都去递减一次nanos的值
if (nanos <= 0)
return false;
nanos = notFull.awaitNanos(nanos);
}
//添加队列元素
insert(e);
return true;
} finally {
//插入完成，释放锁
lock.unlock();
}
}以上添加方法，都是通过返回false/true来实现的，而在ArrayBlockingQueue中，还提供了集合最原始的插入方法--add(E e)。
该方法在插入时候，如果队列中的元素满了，则会抛出异常。如果插入成功，则返回true。
在add(E e)中，使用父类的add（E e）,实际上其底层也是调用的offer（E e）方法。
//向队列尾部添加元素，队列满了抛出异常；
public boolean add(E e) {
return super.add(e);
}ArrayBlockingQueue中，最底层的插入方法，上面的各种实现，都是基于insert(E x)来实现的。由于insert(E x)是用private来修饰的，所以我们不能直接对其进行调用。
//插入元素到队尾，调整putIndex，唤起等待的获取线程
private void insert(E x) {
//向数组中插入元素
items[putIndex] = x;
//设置下一个被取出元素的索引
putIndex = inc(putIndex);
//增加队列元素个数：
++count;
//唤醒notEmpty上的等待线程
notEmpty.signal();
}- 获取元素
//获取队列头部元素，如果队列为空，则返回null.不为空。 // 则返回队列头部，并从队列中删除。 public E poll() { final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lock(); try { return (count == 0) ? null : extract(); } finally { lock.unlock(); } }
//返回队列的头部元素，并从队列中删除。如果队列为空，则等待
public E take() throws InterruptedException {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lockInterruptibly();
try {
//如果队列为空，则进行等待
while (count == 0)
notEmpty.await();
//获取头部元素：
return extract();
} finally {
lock.unlock();
}
}
//获取队列头部元素，如果队列为空，则设置线程等待时间，超过指定时间，还为空，则返回null。
public E poll(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
long nanos = unit.toNanos(timeout);
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lockInterruptibly();
try {
while (count == 0) {
if (nanos <= 0)
return null;
nanos = notEmpty.awaitNanos(nanos);
}
return extract();
} finally {
lock.unlock();
}
}以上就是关于ArrayBlockingQueue的全部内容！下面，我们继续说说LinkedBlockingQueue