BlockingQueue——从入门到深究

参考及引用声明：

Java多线程进阶（三一）—— J.U.C之collections框架：BlockingQueue接口

不怕难之BlockingQueue及其实现

ReentrantLock(重入锁)功能详解和应用演示

Java之BlockingQueue

BlockingQueue深入解析－BlockingQueue看这一篇就够了

ThreadPoolExecutor线程池解析与BlockingQueue的三种实现

一、BlockingQueue塞队列/h2>

BlockingQueue即阻塞队列，一个指定长度的队列（“先进先出”）**，如果队列满了，添加新元素的操作会被阻塞等待，直到有空位为止**。同样，当队列为空时候，请求队列元素的操作同样会阻塞等待，直到有可用元素为止。

通过加“锁”实现线程安全的一个“容器”。

场景类比：还是上厕所的例子。某单位的厕所有3个厕位，一开始，都在“等待”被上，先后进来5个人，先进来的3个人抢占到了位置，并且关门上“锁”，其他两个人就要排队“等待” 。这个时候，厕所就相当于一个长度为3的阻塞队列。

常用于实现生产者与消费者模式，“生产者”和“消费者”是相互独立的，两者之间的通信需要依靠一个队列。这个队列，其实就是所谓的“阻塞队列”。“阻塞队列”的最大好处就是解耦，使“生产者”和“消费者”之间解耦，互不影响的。

扩展：生产者-消费者模式 Producer-Consumer Pattern

生产者和消费者在为不同的处理线程，生产者必须将数据安全地交给消费者，消费者进行消费时，如果生产者还没有建立数据，则消费者需要等待。

类比的例子里，高铁站可以看成是生产者，一直源源不断“产生”要坐的士的乘客。而的士，就可以看成消费者，一直在“消费”那些乘客。

Channel从Producer参与者处接受Data参与者，并保管起来，并应Consumer参与者的要求，将Data参与者传送出去。为确保安全性，Producer参与者与Consumer参与者要对访问共享互斥。

出处：https://segmentfault.com/a/1190000015558655

二：ReentrantLock（可重入锁）

BlockingQueue它是基于ReentrantLock。我们需要先了解ReentrantLock（可重入锁）。

ReentrantLock锁在同一个时间点只能被一个线程锁持有；而可重入的意思是，ReentrantLock锁，可以被单个线程多次获取。

1，与synchronized的对比：

jdk中独占锁的实现除了使用关键字synchronized外,还可以使用ReentrantLock。虽然在性能上ReentrantLock和synchronized没有什么区别，但ReentrantLock相比synchronized而言功能更加丰富，使用起来更为灵活，也更适合复杂的并发场景。

ReentrantLock（灵活）和synchronized（隐式，自动）都是独占锁,只允许线程互斥的访问临界区

ReentrantLock和（重入时要却确保重复获取锁的次数必须和重复释放锁的次数一样）synchronized（可以放在被递归执行，不用担心释放问题）都是可重入的

2，默认（和synchronized一样）是非公平锁

也可通过传参new ReentrantLock(true)实现公平。

3，ReentrantLock实现简单的阻塞队列

（类包括ReentrantLock，LinkedList，用于唤醒和等待的Condition对象），参见ReentrantLock(重入锁)功能详解和应用演示

• 可以响应中断的获取锁的方法可以用来解决死锁问题。

三：BlockingQueue源码剖析

BlockingQueue继承了Queue接口，可以看到，对于每种基本方法，“抛出异常”和“返回特殊值”的方法定义和Queue是完全一样的。BlockingQueue只是增加了两类和阻塞相关的方法：put(e)、take()；offer(e, time, unit)、poll(time, unit)。

同时，BlockingQueue队列中不能包含null元素。

• BlockingQueue的核心方法：

四：常用实现类及部分源码解析

BlockingQueue接口的实现类都必须是线程安全的，实现类一般通过“锁”保证线程安全；

1，ArrayBlockingQueue 数组阻塞队列

参考：Java多线程进阶（三二）—— J.U.C之collections框架：ArrayBlockingQueue

• 基于定长数组的阻塞队列，只有一个锁（入队和出队都用同一个锁），按照先进先出（FIFO）的原则对元素进行排序。
• 可以控制对象的内部锁是否采用公平锁，默认采用非公平锁。

• 这是一个典型的“有界缓存区”，固定大小的数组在其中保持生产者插入的元素和使用者提取的元素。 一旦创建了这样的缓存区，就不能再增加其容量。（数组大小在构造函数指定，而且从此以后不可改变。 ）
• 试图向已满队列中放入元素会导致放入操作受阻塞，直到BlockingQueue里有新的唤空间才会被醒继续操作；
• 试图从空队列中检索元素将导致类似阻塞，直到BlocingkQueue进了新货才会被唤醒。

扩展：公平锁 与 非公平锁

• 公平锁：加锁前先查看是否有排队等待的线程，有的话优先处理排在前面的线程，先来先得。

• 非公平锁：线程加锁时直接尝试获取锁，获取不到就自动到队尾等待。

更多的是直接使用非公平锁：非公平锁比公平锁性能高5-10倍，因为公平锁需要在多核情况下维护一个队列，如果当前线程不是队列的第一个无法获取锁，增加了线程切换次数。

• 部分源码及分析：

来源：陈软件