Java并发基础：LinkedBlockingDeque全面解析！

Java并发基础：LinkedBlockingDeque全面解析！ - 程序员古德内容概要

LinkedBlockingDeque提供了线程安全的双端队列实现，它支持在队列两端高效地进行插入和移除操作，同时具备阻塞功能，能够很好地协调生产者与消费者之间的速度差异，其内部基于链表结构，使得并发性能优异，是处理多线程间数据传递的理想选择。

核心概念

LinkedBlockingDeque 实现了一个线程安全的双端队列（Deque，即 double-ended queue），这个队列在两端都可以添加和移除元素，而且它是阻塞的，意味着当队列为空时，如果线程尝试从队列中取元素，线程会被阻塞，直到队列中有元素可供取出；同样地，如果队列已满，尝试添加元素的线程也会被阻塞，直到队列中有空间可供添加新元素。

举一个生活中的实际案例，比如一个面包店，面包师傅负责生产面包（生产者），顾客来店里买面包（消费者），面包师傅做好面包后，会把它们放在一个展示架上供顾客挑选；顾客则从这个展示架上取走他们想要的面包，这里使用LinkedBlockingDeque 来模拟这个场景。面包师傅（生产者线程）在队列的一端放入新做好的面包（添加元素到队列），而顾客（消费者线程）从队列的另一端取走面包（从队列中移除元素）：

阻塞特性：如果展示架上没有面包（队列为空），顾客就会被阻塞，直到面包师傅做好新的面包并放到展示架上，同样，如果展示架满了（队列已满），面包师傅就会被阻塞，直到有顾客取走一些面包，腾出空间来放新的面包。

双端操作：在这个场景中，虽然通常面包师傅只在一端放面包，顾客在另一端取面包，但双端队列的灵活性意味着也可以轻松改变这个行为，比如，如果有特殊情况，面包师傅可以从展示架上取回一些面包（从队列的另一端移除元素），或者顾客可以预先把他们的面包订单放到展示架上（在队列的另一端添加元素）。

LinkedBlockingDeque 是一个线程安全的双端队列，允许从队列的两端添加和移除元素，并且它是阻塞的，他通常用来解决以下问题：

线程安全：在多线程环境中，当多个线程需要访问和修改共享数据时，LinkedBlockingDeque 提供了一种线程安全的方式来存储和检索这些数据，它内部的同步机制确保了数据的一致性和完整性。

阻塞操作：当队列为空时，消费者线程调用 take() 方法会被阻塞，直到生产者线程向队列中添加元素，同样，当队列已满时，生产者线程调用 put() 方法也会被阻塞，直到消费者线程从队列中移除元素，这种阻塞行为有助于防止线程在不必要的情况下空转或浪费CPU资源。

容量限制：LinkedBlockingDeque 可以在创建时指定一个最大容量，这个容量限制了队列中可以存储的元素数量，有助于防止内存溢出，当队列达到最大容量时，生产者线程会被阻塞，直到队列中有空间可用。

双端操作：与普通的 BlockingQueue 接口实现相比，LinkedBlockingDeque 提供了双端队列的功能，允许从队列的两端添加和移除元素，这为某些特定的应用场景提供了更大的灵活性。

高效的并发性能：由于其内部使用链表数据结构，LinkedBlockingDeque 在处理大量并发操作时通常具有较好的性能，它适用于需要高吞吐量和低延迟的生产者-消费者场景。

代码案例

下面是一个简单的例子，演示了如何使用 LinkedBlockingDeque 类，如下代码：

import java.util.concurrent.BlockingQueue;

import java.util.concurrent.LinkedBlockingDeque;

public class LinkedBlockingDequeExample {

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

// 创建一个容量为 5 的 LinkedBlockingDeque

BlockingQueue<String> deque = new LinkedBlockingDeque<>(5);

// 启动一个生产者线程，向队列中添加元素

Thread producer = new Thread(() -> {

try {

for (int i = 0; i < 10; i++) {

String item = "Item-" + i;

deque.put(item); // 当队列满时，该方法会阻塞

System.out.println("Produced: " + item);

Thread.sleep(200); // 模拟生产延迟

}

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

});

// 启动一个消费者线程，从队列中移除元素

Thread consumer = new Thread(() -> {

try {

for (int i = 0; i < 10; i++) {

String item = deque.take(); // 当队列空时，该方法会阻塞

System.out.println("Consumed: " + item);

Thread.sleep(300); // 模拟消费延迟

}

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

});

// 启动生产者和消费者线程

producer.start();

consumer.start();

// 等待两个线程执行完成

producer.join();

consumer.join();

System.out.println("Producer and Consumer threads have finished.");

}

}

在上面代码中，创建了一个 LinkedBlockingDeque 实例，并指定了它的最大容量为 5，然后创建了一个生产者线程和一个消费者线程，生产者线程将循环 10 次，每次生产一个字符串并将其放入队列中，如果队列已满，put 方法将会阻塞直到队列中有空间可用，消费者线程也将循环 10 次，每次从队列中取出一个元素并打印它，如果队列为空，take 方法将会阻塞直到队列中有元素可取。

由于生产者和消费者线程的速度可能不同，LinkedBlockingDeque 作为一个阻塞队列，能够协调这两个线程之间的速度差异，确保它们可以协同工作，而不会因为队列为空或满而导致任何一方停滞不前。

核心API

LinkedBlockingDeque 实现了 BlockingDeque 接口，是一个线程安全的双端队列，以下是 LinkedBlockingDeque 类中一些主要方法的含义：

add(E e)将指定的元素插入到此双端队列表示的队列中（即在此双端队列的尾部），如果立即可行且不会违反容量限制，则成功时返回 true，如果当前没有可用的空间，则抛出 IllegalStateException，这是 Queue 接口的方法。

offer(E e)将指定的元素插入到此双端队列表示的队列中（即在此双端队列的尾部），如果立即可行且不会违反容量限制，则成功时返回 true，如果当前没有可用的空间，则返回 false，这是 Queue 接口的方法。

put(E e) throws InterruptedException将指定的元素插入到此双端队列表示的队列中（即在此双端队列的尾部），必要时将等待空间变得可用，这是 BlockingQueue 接口的方法。

offer(E e, long timeout, TimeUnit unit)将指定的元素插入到此双端队列表示的队列中，必要时将等待指定的时间以使空间变得可用，这是 BlockingQueue 接口的方法。

remove()获取并移除此双端队列表示的队列的头部，如果此双端队列为空，则抛出 NoSuchElementException，这是 Queue 接口的方法。

poll()获取并移除此双端队列表示的队列的头部，如果此双端队列为空，则返回 null，这是 Queue 接口的方法。

take() throws InterruptedException获取并移除此双端队列表示的队列的头部，在元素变得可用之前一直等待，这是 BlockingQueue 接口的方法。

poll(long timeout, TimeUnit unit)获取并移除此双端队列表示的队列的头部，在指定的时间内等待元素变得可用，这是 BlockingQueue 接口的方法。

peek()获取但不移除此双端队列表示的队列的头部，如果此双端队列为空，则返回 null，这是 Queue 接口的方法。

element()获取但不移除此双端队列表示的队列的头部，这是 Queue 接口的方法。

push(E e)将元素推入此双端队列表示的堆栈中（即在此双端队列的头部），如果立即可行且不会违反容量限制，则成功时返回 true，如果当前没有可用的空间，则抛出 IllegalStateException。

pop()从此双端队列表示的堆栈中弹出一个元素，如果此双端队列为空，则抛出 NoSuchElementException。

addFirst(E e), addLast(E e)将指定的元素插入此双端队列的开头或结尾。

offerFirst(E e), offerLast(E e)将指定的元素插入此双端队列的开头或结尾，如果立即可行且不会违反容量限制，则成功时返回 true，如果当前没有可用的空间，则返回 false。

removeFirst(), removeLast()获取并移除此双端队列的第一个元素或最后一个元素。

pollFirst(), pollLast()获取并移除此双端队列的第一个元素或最后一个元素，如果此双端队列为空，则返回 null。

getFirst(), getLast()获取但不移除此双端队列的第一个元素或最后一个元素。

peekFirst(), peekLast()获取但不移除此双端队列的第一个元素或最后一个元素，如果此双端队列为空，则返回 null。

核心总结

Java并发基础：LinkedBlockingDeque全面解析！ - 程序员古德

LinkedBlockingDeque类它融合了阻塞队列和双端队列的特性，其优点在于高效的并发性能和灵活的两端操作，适合在生产者-消费者场景中使用，能够很好地处理多线程间的数据共享和传递，缺点在高并发下如果队列大小设置不当，可能会导致过多的线程阻塞，影响系统整体性能，此外，由于是基于链表的实现，其内存占用可能相对较高。