BlockQueue 是什麼？

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簡述

阻塞隊列：當線程隊列是空時，從隊列中獲取元素的操作將會被阻塞；當線程隊列是滿時，往隊列裏添加元素的操作將會被阻塞。

Java 5 開始出現存在 java.util.concurrent 包下，阻塞隊列是一個隊列，當嘗試從隊列中出隊並且隊列爲空時，或者嘗試將項目入隊並且隊列已滿時，它將阻塞。嘗試從空隊列中出隊的線程被阻止，直到其他線程將一個項目插入隊列中爲止。嘗試使一個項目進入完整隊列的線程被阻塞，直到某個其他線程在隊列中騰出空間爲止，方法是使一個或多個項目出隊或完全清除隊列。

原理

原理示意圖片：
圖片地址：http://tutorials.jenkov.com/java-concurrency/blocking-queues.html

下面是一個簡單的BlockQueue的實現：

public class BlockingQueue {
  private List queue = new LinkedList();
  private int  limit = 10;
  public BlockingQueue(int limit){
    this.limit = limit;
  }
  
  public synchronized void enqueue(Object item)throws InterruptedException  {
    while(this.queue.size() == this.limit) {
      wait();
    }
    if(this.queue.size() == 0) {
      notifyAll();
    }
    this.queue.add(item);
  }
  
  public synchronized Object dequeue() throws InterruptedException{
    while(this.queue.size() == 0){
      wait();
    }
    if(this.queue.size() == this.limit){
      notifyAll();
    }
    return this.queue.remove(0);
  }
}

操作代碼：

// 調用 BlockingQueue 方法的Java程序演示
  
import java.util.concurrent.*; 
import java.util.*; 
  
public class GFG { 
    public static void main(String[] args) 
        throws InterruptedException 
    { 
  
        // ArrayBlockingQueue 的邊界大小
        int capacity = 5; 
  
        // 創建 ArrayBlockingQueue 
        ArrayBlockingQueue<String>  queue = new ArrayBlockingQueue<String>(capacity); 
  
        // 使用put()方法添加元素 
        queue.put("StarWars"); 
        queue.put("SuperMan"); 
        queue.put("Flash"); 
        queue.put("BatMan"); 
        queue.put("Avengers"); 
  
        // 打印隊列
        System.out.println("queue contains "+ queue); 
  
        // 移除一些元素
        queue.remove(); 
        queue.remove(); 
		queue.put("CaptainAmerica"); 
        queue.put("Thor"); 
  
        System.out.println("queue contains " + queue); 
    } 
} 

輸出結果：

queue contains [StarWars, SuperMan, Flash, BatMan, Avengers]
queue contains [Flash, BatMan, Avengers, CaptainAmerica, Thor]

操作

BlockingQueue方法有四種形式，它們以不同的方式處理操作，這些操作可能無法滿足開發需求，但將來可能會滿足：第一種拋出異常，第二種返回特殊值（ null或false，具體取決於操作），第三個塊將無限期地阻塞當前線程，直到操作成功爲止；第四個塊僅在給定的最大時間限制內超時。

下表總結了這些方法：

方法類型	拋出異常	特殊值	阻塞	超時
插入	add(e)	offer(e)	put(e)	offer(e,time,unit)
移除	remove()	poll()	take()	poll(time,unit)
檢查	element()	peek()	無	無

這4種不同的行爲集意味着：

• 引發異常：如果無法立即進行嘗試的操作，則會引發異常。
• 特殊值：如果無法立即嘗試操作，則會返回一個特殊值（通常爲true / false）。
• 阻塞：如果無法立即進行嘗試的操作，則該方法調用將一直阻塞直到可行爲止。
• 超時：如果無法立即進行嘗試的操作，則該方法調用將一直阻塞直到成功，但等待時間不得長於給定的超時。返回一個特殊值，告訴操作是否成功（通常爲true / false）。

下面是一個生產者消費者的案例使用BlockQueue:

class Producer implements Runnable {
   private final BlockingQueue queue;
   Producer(BlockingQueue q) { queue = q; }
   public void run() {
     try {
       while (true) { queue.put(produce()); }
     } catch (InterruptedException ex) { ... handle ...}
   }
   Object produce() { ... }
 }

 class Consumer implements Runnable {
   private final BlockingQueue queue;
   Consumer(BlockingQueue q) { queue = q; }
   public void run() {
     try {
       while (true) { consume(queue.take()); }
     } catch (InterruptedException ex) { ... handle ...}
   }
   void consume(Object x) { ... }
 }

 class Setup {
   void main() {
     BlockingQueue q = new SomeQueueImplementation();
     Producer p = new Producer(q);
     Consumer c1 = new Consumer(q);
     Consumer c2 = new Consumer(q);
     new Thread(p).start();
     new Thread(c1).start();
     new Thread(c2).start();
   }
 }

參考資料

Blocking Queues

• http://tutorials.jenkov.com/java-concurrency/blocking-queues.html

Interface BlockingQueue

• https://docs.oracle.com/javase/7/docs/api/java/util/concurrent/BlockingQueue.html

Java BlockingQueue

• http://tutorials.jenkov.com/java-util-concurrent/blockingqueue.html

BlockingQueue Interface in Java

• https://www.geeksforgeeks.org/blockingqueue-interface-in-java/