Java并发-22.阻塞队列

阻塞队列（BlockingQueue）是一种支持两个附加操作的队列：

• 支持阻塞的插入：队列满时，队列阻塞插入元素的线程，直到队列不满
• 支持阻塞的溢出：队列空时，获取元素的线程等待队列变为非空 常见于生产者和消费者场景
• 阻塞队列不可用后，有四种处理方式：

• 抛出异常：插入抛出IllegalStateException(); 获取抛出NoSuchElementException
• 返回特殊值，插入成功返回true；移除，有就取出，没有返回null
• 一直阻塞
• 超时退出

无界阻塞队列永远不满，put和offer方法永远不阻塞，offer永远返回true

1、 Java中的阻塞队列

Java中有7中阻塞队列：

• ArrayBlockingQueue：数组结构的有界阻塞队列
  • FIFO排序
  • 默认不保证公平访问
  • 设置公平访问用可重入锁实现的，会降低吞吐量
• LinkedBlockingQueue：链表结构的有界阻塞队列
  • 默认和最大长度为Integer.MAX_VALUE
  • FIFO排序
• PriorityBlockingQueue：支持优先级排序的无界阻塞队列
  • 默认自然排序，可自定义compareTo()方法，或初始化时指定构造餐宿Comparator指定排序，
  • 不能保证同优先级元素的顺序
• DelayQueue：使用优先级队列实现的无界阻塞队列
  • 支持延时获取元素
  • 用PriorityQueue实现
  • 队列中元素必须实现Delay接口
    • 创建对象时初始化基本数据
    • 实现getDelay方法，返回元素还需要延长多长时间，单位纳秒
    • 实现compareTo方法指定元素顺序
  • 创建元素时可以指定多久才能获取当前元素
    • 元素没有达到延时时间就阻塞当前线程
• SynchronousQueue：不存储元素的阻塞队列
  • 一个put操作必须等待一个take操作，否则不能添加元素
  • 默认非公平
  • 支持公平访问
  • 吞吐量高于ArrayBlockingQueue和LinkedBlockingQueue
• LinkedTransferQueue：链表结构的无界阻塞队列
  • 多了transfer方法：如果有消费者等待，把生产者传入的元素直接传输过去；如果没有等待，把元素存放在tail节点，直到被消费才返回
  • 多了tryTransfer方法：试探能否直接传给消费者，如果没有消费者等待，返回false。默认立即返回，可以调用重构的方法，超时等待。
• LinkedBlockingDeque：链表结构的双向阻塞队列 -多了addLast，offerFirst，offerLast，peekFirst，peekLast等双向队列特有的方法。

2、 阻塞队列实现原理

• 通知模式：ArrayBlockingQueue用了Condition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();
    }
    public void put(E e) throws InterruptedException {
        checkNotNull(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();
        }
    }

• 往队列插入元素，队列不可用，通过LockSupport.park(this)来阻塞生产者
• 调用setBlocker前先保存将要阻塞的线程，然后unsafe.park阻塞当前线程