【面试题精讲】ArrayBlockingQueue 和 LinkedBlockingQueue 区别

1. 什么是ArrayBlockingQueue和LinkedBlockingQueue?

• ArrayBlockingQueue：是一个基于数组实现的有界阻塞队列，它按照先进先出（FIFO）的原则对元素进行排序。
• LinkedBlockingQueue：是一个基于链表实现的可选有界或无界阻塞队列，它也按照先进先出（FIFO）的原则对元素进行排序。

2. 为什么需要ArrayBlockingQueue和LinkedBlockingQueue?

在多线程编程中，我们经常需要使用队列来实现线程间的数据共享。而阻塞队列是一种特殊的队列，当队列为空时，从队列中获取元素的操作会被阻塞；当队列满时，往队列中添加元素的操作会被阻塞。这样可以有效地控制线程之间的协作和同步。

ArrayBlockingQueue和LinkedBlockingQueue都是Java并发包提供的线程安全的阻塞队列实现，它们提供了不同的特性和适用场景。

3. ArrayBlockingQueue和LinkedBlockingQueue的实现原理?

ArrayBlockingQueue

• ArrayBlockingQueue内部使用一个定长数组来存储元素，通过两个指针分别指向队头和队尾。
• 当往队列中添加元素时，如果队列已满，则添加操作会被阻塞，直到有空闲位置。
• 当从队列中获取元素时，如果队列为空，则获取操作会被阻塞，直到有可用元素。
• ArrayBlockingQueue使用ReentrantLock来保证线程安全，并通过Condition实现阻塞和唤醒机制。

LinkedBlockingQueue

• LinkedBlockingQueue内部使用一个链表来存储元素，每个节点包含一个元素和指向下一个节点的引用。
• 当往队列中添加元素时，如果队列已满（对于有界队列），则添加操作会被阻塞，直到有空闲位置。
• 当从队列中获取元素时，如果队列为空，则获取操作会被阻塞，直到有可用元素。
• LinkedBlockingQueue使用两把锁分别控制队头和队尾的访问，以提高并发性能。

4. ArrayBlockingQueue和LinkedBlockingQueue的使用示例

ArrayBlockingQueue示例：

import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;

public class ArrayBlockingQueueExample {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 创建一个容量为3的ArrayBlockingQueue
        ArrayBlockingQueue<Integer> queue = new ArrayBlockingQueue<>(3);

        // 往队列中添加元素
        queue.put(1);
        queue.put(2);
        queue.put(3);

        // 队列已满，添加操作会被阻塞
        queue.put(4);

        // 从队列中获取元素
        int element = queue.take();
        System.out.println("取出元素：" + element);

        // 队列已空，获取操作会被阻塞
        int element2 = queue.take();
    }
}

LinkedBlockingQueue示例：

import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;

public class LinkedBlockingQueueExample {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 创建一个容量为3的LinkedBlockingQueue
        LinkedBlockingQueue<Integer> queue = new LinkedBlockingQueue<>(3);

        // 往队列中添加元素
        queue.put(1);
        queue.put(2);
        queue.put(3);

        // 队列已满，添加操作会被阻塞
        queue.put(4);

        // 从队列中获取元素
        int element = queue.take();
        System.out.println("取出元素：" + element);

        // 队列已空，获取操作会被阻塞
        int element2 = queue.take();
    }
}

5. ArrayBlockingQueue和LinkedBlockingQueue的优点

• ArrayBlockingQueue：
  • 内部使用数组实现，读写性能较高。
  • 支持有界队列，可以限制队列的大小。
• LinkedBlockingQueue：
  • 内部使用链表实现，插入和删除性能较高。
  • 支持可选的有界或无界队列。

6. ArrayBlockingQueue和LinkedBlockingQueue的缺点

• ArrayBlockingQueue：
  • 容量固定，不支持动态扩容。
  • 在并发情况下，可能存在线程饥饿问题（某些线程一直无法获取到锁）。
• LinkedBlockingQueue：
  • 内存消耗较大，因为每个节点都需要额外的空间来存储引用。
  • 在并发情况下，可能存在线程饥饿问题（某些线程一直无法获取到锁）。

7. ArrayBlockingQueue和LinkedBlockingQueue的使用注意事项

• ArrayBlockingQueue：
  • 需要指定队列的容量大小。
  • 当队列已满时，添加操作会被阻塞。
  • 当队列为空时，获取操作会被阻塞。
• LinkedBlockingQueue：
  • 可以选择有界或无界队列。
  • 当队列已满时（对于有界队列），添加操作会被阻塞。
  • 当队列为空时，获取操作会被阻塞。

8. 总结

ArrayBlockingQueue和LinkedBlockingQueue是Java并发包提供的线程安全的阻塞队列实现。它们分别基于数组和链表来存储元素，并提供了不同的特性和适用场景。ArrayBlockingQueue适合读写性能较高、固定容量的场景；而LinkedBlockingQueue适合插入和删除性能较高、可选有界或无界的场景。在使用时需要根据具体需求选择合适的队列实现。