Java阻塞队列
什么是阻塞队列？有什么适用场景？
阻塞队列（BlockingQueue）是一个支持两个附加操作的队列。这两个附加的操作是：
- 在队列为空时，获取元素的线程会等待队列变为非空。
- 当队列满时，存储元素的线程会等待队列可用。
阻塞队列常用于生产者和消费者的场景：
- 生产者是往队列里添加元素的线程，消费者是从队列里拿元素的线程
- 阻塞队列就是生产者存放元素的容器，而消费者也只从容器里拿元素。
艿艿：如下的内容，和上面是相对重复的，或者是换一个说法，重新描述。
BlockingQueue 接口，是 Queue 的子接口，它的主要用途并不是作为容器，而是作为线程同步的的工具，因此他具有一个很明显的特性：
- 当生产者线程试图向 BlockingQueue 放入元素时，如果队列已满，则线程被阻塞。
- 当消费者线程试图从中取出一个元素时，如果队列为空，则该线程会被阻塞。
- 正是因为它所具有这个特性，所以在程序中多个线程交替向BlockingQueue中 放入元素，取出元素，它可以很好的控制线程之间的通信。
阻塞队列使用最经典的场景，就是 Socket 客户端数据的读取和解析：
- 读取数据的线程不断将数据放入队列。
- 然后，解析线程不断从队列取数据解析。
Java 提供了哪些阻塞队列的实现？
JDK7 提供了 7 个阻塞队列。分别是：
Java5 之前实现同步存取时，可以使用普通的一个集合，然后在使用线程的协作和线程同步可以实现生产者，消费者模式，主要的技术就是用好 wait、notify、notifyAll、sychronized 这些关键字。
而在 Java5 之后，可以使用阻塞队列来实现，此方式大大简少了代码量，使得多线程编程更加容易，安全方面也有保障。
【最常用】ArrayBlockingQueue ：一个由数组结构组成的有界阻塞队列。
此队列按照先进先出（FIFO）的原则对元素进行排序，但是默认情况下不保证线程公平的访问队列，即如果队列满了，那么被阻塞在外面的线程对队列访问的顺序是不能保证线程公平（即先阻塞，先插入）的。
LinkedBlockingQueue ：一个由链表结构组成的有界阻塞队列。
此队列按照先出先进的原则对元素进行排序
PriorityBlockingQueue ：一个支持优先级排序的无界阻塞队列。
DelayQueue：支持延时获取元素的无界阻塞队列，即可以指定多久才能从队列中获取当前元素。SynchronousQueue：一个不存储元素的阻塞队列。
每一个 put 必须等待一个 take 操作，否则不能继续添加元素。并且他支持公平访问队列。
LinkedTransferQueue：一个由链表结构组成的无界阻塞队列。
相对于其他阻塞队列，多了 tryTransfer 和 transfer 方法。
transfer 方法：如果当前有消费者正在等待接收元素（take 或者待时间限制的 poll 方法），transfer 可以把生产者传入的元素立刻传给消费者。如果没有消费者等待接收元素，则将元素放在队列的 tail 节点，并等到该元素被消费者消费了才返回。tryTransfer 方法：用来试探生产者传入的元素能否直接传给消费者。如果没有消费者在等待，则返回 false 。和上述方法的区别是该方法无论消费者是否接收，方法立即返回。而 transfer 方法是必须等到消费者消费了才返回。
LinkedBlockingDeque：一个由链表结构组成的双向阻塞队列。
优势在于多线程入队时，减少一半的竞争。
具体的源码解析，可以看看如下文章：
- 《【死磕 Java 并发】—– J.U.C 之阻塞队列：ArrayBlockingQueue》
- 《【死磕 Java 并发】—– J.U.C 之阻塞队列：PriorityBlockingQueue》
- 《【死磕 Java 并发】—– J.U.C 之阻塞队列：DelayQueue》
- 《【死磕 Java 并发】—– J.U.C 之阻塞队列：SynchronousQueue》
- 《【死磕 Java 并发】—– J.U.C 之阻塞队列：LinkedTransferQueue》
- 《【死磕 Java 并发】—– J.U.C 之阻塞队列：LinkedBlockingDeque》
- 《【死磕 Java 并发】—– J.U.C 之阻塞队列：BlockingQueue 总结》
🦅 阻塞队列提供哪些重要方法？
| 方法处理方式 | 抛出异常 | 返回特殊值 | 一直阻塞 | 超时退出 |
|---|---|---|---|---|
| 插入方法 | add(e) | offer(e) | put(e) | offer(e, time, unit) |
| 移除方法 | remove() | poll() | take() | poll(time, unit) |
| 检查方法 | element() | peek() | 不可用 | 不可用 |
🦅 ArrayBlockingQueue 与 LinkedBlockingQueue 的区别？
| Queue | 阻塞与否 | 是否有界 | 线程安全保障 | 适用场景 | 注意事项 |
|---|---|---|---|---|---|
| ArrayBlockingQueue | 阻塞 | 有界 | 一把全局锁 | 生产消费模型，平衡两边处理速度 | 用于存储队列元素的存储空间是预先分配的，使用过程中内存开销较小（无须动态申请存储空间） |
| LinkedBlockingQueue | 阻塞 | 可配置 | 存取采用 2 把锁 | 生产消费模型，平衡两边处理速度 | 无界的时候注意内存溢出问题，用于存储队列元素的存储空间是在其使用过程中动态分配的，因此它可能会增加 JVM 垃圾回收的负担。 |
感兴趣的胖友，可以看看如下两篇文章：
什么是双端队列？
在上面，我们看到的 LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue、PriorityBlockingQueue、SynchronousQueue 等，都是阻塞队列。
而 ArrayDeque、LinkedBlockingDeque 就是双端队列，类名以 Deque 结尾。
- 正如阻塞队列适用于生产者消费者模式，双端队列同样适用与另一种模式，即工作密取。在生产者-消费者设计中，所有消费者共享一个工作队列，而在工作密取中，每个消费者都有各自的双端队列。
- 如果一个消费者完成了自己双端队列中的全部工作，那么他就可以从其他消费者的双端队列末尾秘密的获取工作。具有更好的可伸缩性，这是因为工作者线程不会在单个共享的任务队列上发生竞争。
- 在大多数时候，他们都只是访问自己的双端队列，从而极大的减少了竞争。当工作者线程需要访问另一个队列时，它会从队列的尾部而不是头部获取工作，因此进一步降低了队列上的竞争。
- 适用于：网页爬虫等任务中
😈 实际场景下，双端队列，我们使用比较少。艿艿根本没用过。
延迟队列的实现方式，DelayQueue 和时间轮算法的异同？
JDK 的 Timer 和 DelayQueue 插入和删除操作的平均时间复杂度为 O(nlog(n)) ，而基于时间轮可以将插入和删除操作的时间复杂度都降为 O(1) 。
关于 DelayQueue 的实现方式，在 《【死磕 Java 并发】—– J.U.C 之阻塞队列：DelayQueue》》 。关于实践论的实现方法，在 《Kafka解惑之时间轮（TimingWheel）》 。
简述 ConcurrentLinkedQueue 和 LinkedBlockingQueue 的用处和不同之处？
参考 《LinkedBlockingQueue 和 ConcurrentLinkedQueue的用法及区别》 。
在 Java 多线程应用中，队列的使用率很高，多数生产消费模型的首选数据结构就是队列(先进先出)。
Java 提供的线程安全的 Queue 可以分为
阻塞队列，典型例子是 LinkedBlockingQueue 。
适用阻塞队列的好处：多线程操作共同的队列时不需要额外的同步，另外就是队列会自动平衡负载，即那边（生产与消费两边）处理快了就会被阻塞掉，从而减少两边的处理速度差距。
非阻塞队列，典型例子是 ConcurrentLinkedQueue 。
当许多线程共享访问一个公共集合时，ConcurrentLinkedQueue 是一个恰当的选择。
具体的选择，如下：
- LinkedBlockingQueue 多用于任务队列。
- 单生产者，单消费者
- 多生产者，单消费者
- ConcurrentLinkedQueue 多用于消息队列。
- 单生产者，多消费者
- 多生产者，多消费者