BlockingQueue详解

Posted 2023-02-17

参考技术A

在Java中，BlockingQueue是一个接口，它的实现类有 ArrayBlockingQueue、DelayQueue、 LinkedBlockingDeque、 LinkedBlockingQueue、PriorityBlockingQueue、 SynchronousQueue等，它们的区别主要体现在存储结构上或对元素 操作上的不同，但是对于take与put操作的原理，却是类似的。

阻塞与非阻塞

LinkedBlockingQueue内部是使用链表实现一个队列的，但是有别于一般的队列，在于该队列至少是有一个节点的，头节点不含有元素。如果队列为空时，头节点的next参数为null。尾节点的next参数也为null。

1、LinkedBlockingQueue不允许插入的元素为null；

2、同一时刻只有一个线程可以进行入队操作，putLock在将元素插入队列尾部时加锁了；

3、如果队列满了，则会调用notFull.await(),将该线程加入到Condition等待队列中。await方法会释放线程占有的锁，这将导致之前由于被阻塞的入队线程将会获取到锁，执行到while循环处，不过可能因为队列仍旧是满的，也被进入到条件队列中；

4、一旦有出队线程取走元素，就会通知到入队等待队列释放线程。那么第一个加入到Condition队列中的将会被释放，那么该线程将会重新获得put锁，继而执行enqueue()方法，将节点插入到队列的尾部；

5、然后得到插入队列前元素的个数，如果插入后队列中还可以继续插入元素，那么就通知notFull条件的等待队列中的线程；

6、如果插入队列前个数为0，那现在插入后，就为1了，那就可以通知因为队列为空而导致阻塞的出队线程去取元素了。

1、同一时刻只有一个线程可以进行出队操作，takeLock在出队之前加锁了；

2、如果队列中元素为空，那就进入notEmpty队列中进行等待。直到队列不为空时，得到队列中的第一个元素。当发现取完发现还有元素可取时，再通知一下notEmpty队列中等待的其他线程。最后判断自己取元素前的是不是满的，如果是满的，那自己取完，就不满了，就可以通知在notFull队列中等待插入的线程进行put了。

LinkedBlockingQueue允许两个线程同时在两端进行入队和出队操作，但一端同时只能有一个线程进行操作，是通过两个锁进行区分的。

为了维护底部数据的统一，引入了AtomicInteger的一个count变量，表示队列中元素的个数。count只能在两个地方变化，一个是入队的方法（进行+1操作），另一个是出队的方法（进行-1操作），而AtomicInteger是原子安全的，所以也就确保了底层队列的数据同步。

ArrayBlockingQueue内部是使用数组实现一个队列的，并且在构造方法中就需要指定容量，也就意味着底层数组一旦创建了，容量就不能改变了，因此ArrayBlockingQueue是一个容量限制的阻塞队列。因此在队列满的时候执行入队会阻塞，在队列为空时出队也会阻塞。

1、ArrayBlockingQueue不允许添加null元素；

2、ArrayBlockingQueue在队列已满的时候，会调用notFull.await()，释放锁并处于阻塞状态；

3、一旦ArrayBlockingQueue在队列不满的时候，就立即入队。

1、取元素时，一旦获得锁，队列为空， 则会阻塞，直至不为空，调用dequeue()出队。

ArrayBlockingQueue是一个底层结构是数组的阻塞队列，是通过 ReentrantLock 和 Condition 来实现的。不可插入为null的元素，入队和出队使用的是同一个锁。意味着同一时刻只能有一个线程能进行入队或者出队操作。入队时，队列已满则会调用notFull.await()，进入阻塞状态。直到队列不满时，再进行入队操作。当出队时，队列为空，则调用notEmpty.await()，进入阻塞状态，直到队列不为空时，则出队。

LinkedBlockingQueue底层实现是链表，ArrayBlockingQueue底层实现是数组

LinkedBlockingQueue默认的队列长度是Integer.Max，但是可以指定容量。在入队与出队都高并发的情况下，性能比ArrayBlockingQueue高很多；

ArrayBlockingQueue必须在构造方法中指定队列长度，不可变。在只有入队高并发或出队高并发的情况下，因为操作数组，且不需要扩容，性能很高。

LinkedBlockingQueue有两把锁，可以有两个线程同时进行入队和出队操作，但同时只能有一个线程进行入队或出队操作。

ArrayBlockingQueue只有一把锁，同时只能有一个线程进行入队和出队操作。