什么是阻塞队列（BlockingQueue）？

什么是阻塞队列（BlockingQueue）？

项目环境

• jdk 1.8
• github 地址：https://github.com/huajiexiewenfeng/java-concurrent
  • 本章模块：blockingqueue

1.阻塞队列（BlockingQueue）

BlockingQueue 继承了 Queue 接口，是队列的一种。Queue 和 BlockingQueue 都是在 Java 5 中加入的。

• java.util.concurrent.BlockingQueue

public interface BlockingQueue<E> extends Queue<E> {...}

BlockingQueue 有 6 种最主要的实现如下（《常见的阻塞队列有哪些？》会专门讨论这几种阻塞队列）：

• ArrayBlockingQueue
• LinkedBlockingQueue
• SynchronousQueue
• DelayQueue
• PriorityBlockingQueue
• LinkedTransferQueue

还有一个和 Queue 关系紧密的 Deque 接口，它继承了 Queue，如代码所示：

public interface Deque<E> extends Queue<E> {...}

Deque 的意思是双端队列，是 double-ended-queue 的缩写，它从头和尾都能添加和删除元素；而普通的 Queue 只能从一端进入，另一端出去。这是 Deque 和 Queue 的不同之处，Deque 其他方面的性质都和 Queue 类似。

2.生产者消费者模式

阻塞队列的典型使用场景就是 生产者/消费者模式

我们先利用 ArrayBlockingQueue 来实现一个多线程版本的生产者/消费者模式，如图：

• 阻塞队列的大小为 3
• 使用三个生产者线程添加数据
• 使用三个消费者线程消费数据
  
  实现代码：

public class BlockingQueueDemo {

    static ArrayBlockingQueue<String> abq = new ArrayBlockingQueue(3);

    public static void main(String[] args) {
        // 生产者
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            new Thread(() -> producer(), "producerThread" + i).start();
        }
        // 消费者
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            new Thread(() -> consumer(), "consumerThread" + i).start();
        }
    }

    private static void consumer() {
        while (true) {
            try {
                String msg = abq.take();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " ->receive msg:" + msg);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    private static void producer() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            try {
                abq.put("[" + i + "]");
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " ->send msg:" + i);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

}

执行结果：

producerThread1 ->send msg:0
producerThread2 ->send msg:0
producerThread0 ->send msg:0
consumerThread1 ->receive msg:[0]
producerThread1 ->send msg:1
consumerThread2 ->receive msg:[0]
producerThread1 ->send msg:2
producerThread2 ->send msg:1
consumerThread1 ->receive msg:[0]
consumerThread0 ->receive msg:[1]
...

3.阻塞队列的优点

从上面的图以及示例代码分析，我们可以看到阻塞队列的几个优点

3.1 降低多线程开发的难度

由于阻塞队列本身是线程安全的，队列可以安全地从一个线程向另外一个线程传递数据，所以我们的生产者/消费者直接使用线程安全的队列就可以，而不需要自己去考虑更多的线程安全问题。这也就意味着，考虑锁等线程安全问题的重任从 你 转移到了 队列 上，降低了我们开发的难度和工作量。

3.2 隔离代码，实现业务代码解耦

队列还能起到一个隔离的作用。比如说我们开发一个银行转账的程序，那么生产者线程不需要关心具体的转账逻辑，只需要把转账任务，如账户和金额等信息放到（put）队列中就可以，而不需要去关心银行这个类如何实现具体的转账业务。

而作为银行这个类来讲，它会去从队列里（take）取出来将要执行的具体的任务，再去通过自己的各种方法来完成本次转账。

这样就实现了具体任务与执行任务类之间的解耦，任务被放在了阻塞队列中，而负责放任务的线程是无法直接访问到我们银行具体实现转账操作的对象的，实现了隔离，提高了安全性。

4.阻塞队列的特点

阻塞队列区别于其他类型的队列的最主要的特点就是 阻塞 这两个字，所以下面重点介绍阻塞功能：阻塞功能使得生产者和消费者两端的能力得以平衡，当有任何一端速度过快时，阻塞队列便会把过快的速度给降下来。实现阻塞最重要的两个方法是 take 方法和 put 方法。

4.1 take 方法

take 方法的功能是获取并移除队列的头结点，通常在队列里有数据的时候是可以正常移除的。可是一旦执行 take 方法的时候，队列里无数据，则阻塞，直到队列里有数据。一旦队列里有数据了，就会立刻解除阻塞状态，并且取到数据。过程如图所示：

4.2 put 方法

put 方法插入元素时，如果队列没有满，那就和普通的插入一样是正常的插入，但是如果队列已满，那么就无法继续插入，则阻塞，直到队列里有了空闲空间。如果后续队列有了空闲空间，比如消费者消费了一个元素，那么此时队列就会解除阻塞状态，并把需要添加的数据添加到队列中。过程如图所示：

4.3 是否有界

阻塞队列还有一个非常重要的属性，那就是容量的大小，分为有界和无界两种。

无界队列意味着里面可以容纳非常多的元素，例如 LinkedBlockingQueue 的上限是 Integer.MAX_VALUE，约为 2 的 31 次方，是非常大的一个数，可以近似认为是无限容量。

有界队列可以设置固定大小，例如本章的示例设置 ArrayBlockingQueue 的大小为 3 ，如果队列满了，也不会扩容，所以一旦满了就无法再往里放数据了，put 方法会阻塞当前线程。

5.参考

• 《Java 并发编程 78 讲》- 徐隆曦