阻塞队列--概述

Posted 2023-02-17

参考技术A 首先通过接口类BlockingQueue中的注释来简单了解阻塞队列。
阻塞队列是一个支持附加操作的特殊队列：在队列为空时回收元素会阻塞等待直到队列非空，或在队列已满时插入元素，会阻塞等待直到队列不满。

阻塞队列的方法提供了四种不同的处理方式：抛异常、返回特殊值（null或false）、阻塞当前线程直到操作成功以及阻塞一段时间，超时退出。这四种处理方式分别对应不同的函数接口：

是一个用数组实现的有界阻塞队列，按先进先出的原则对元素进行排序。put和take方法分别为添加和删除的阻塞方法。默认情况下不保证线程公平。
ArrayBlockingQueue内部使用一把重入锁ReentrantLock来保证多个线程之间的插入删除元素的同步；同时使用两个条件对象Condition来实现阻塞逻辑，调用其await和signal方法来实现线程的等待和唤醒。
由于使用了ReentrantLock，所以ArrayBlockingQueue存在线程公平与不公平两种选择。
插入删除元素的具体执行逻辑： ArrayBlockingQueue
PS：这7个阻塞队列本来想着一个一个解析的，但看了下源码，逻辑其实没有很复杂，所以后面几个就只记一下内部实现的主要点。

用链表实现的有界阻塞队列，默认和最大长度为Integer.MAX_VALUE，队列按照先进先出的原则对元素排序。
插入元素在表尾，删除元素在表头。
LinkedBlockingQueue内部使用了两把重入锁ReentrantLock，分别用来保护插入操作和删除操作。
同样也是使用两个条件对象来实现阻塞逻辑。

支持优先级的无界阻塞队列，默认按元素自然顺序升序排列，可通过自定义类实现compareTo方法或指定构造参数Comparator来指定元素排序规则，不保证同优先级元素的顺序。
PriorityBlockingQueue内部使用的是数组对象来存储元素，且数组容量初始化为11。
其内部只使用了一把重入锁ReentrantLock，和一个条件对象Condition，只用于阻塞和唤醒删除元素操作的线程。
当插入元素时，若此时数组已满，也不需要等待，它会尝试扩容，因此插入操作也不会有阻塞的可能。
PriorityBlockingQueue内部还有一个allocationSpinLock自旋锁，用于扩容时的同步保护，在执行扩容操作前，需先自旋尝试将allocationSpinLock置为1，设置成功后才能继续往下执行。

一个不存储元素的阻塞队列，每一个put的线程会阻塞到直到有一个take线程取走元素为止，每一个take的线程会阻塞到直到有一个put的线程放入元素为止。
由于SynchronousQueue不存储元素，所以类似peek操作或者迭代器操作都是无效的。
支持公平访问队列，默认情况下线程采用非公平性策略访问队列。
SynchronousQueue只是一个对外的封装层，其真正的实现逻辑在其类型为Transferer的成员变量transferer的transfer方法中；抽象类Transferer有两个具体的实现类：TransferStack和TransferQueue，分别在非公平和公平的模式下使用。
Transferer类内部是通过自旋锁及CAS操作实现多个线程间的同步。
SynchronousQueue可当做一个传递中介，负责将生产者线程处理的数据直接传递给消费者线程，适用于传递性场景，吞吐量高。
其内部的具体实现逻辑可参考： SynchronousQueue

LinkedTransferQueue内部是通过自旋以及CAS操作来实现线程间的同步。

有链表结构组成的双向阻塞队列，即可以从队列的两端插入或移除元素。
其内部同样拥有一把重入锁ReentrantLock，两个条件对象notEmpty和notFull。整体逻辑同LinkedBlockingQueue相似。
在初始化LinkedBlockingDeque时可以设置容量防止其过度膨胀，双向阻塞队列可以运用在“工作窃取”模式中。