Java高并发之BlockingQueue

简介

> 多线程中通过队列很容易共享数据,比如经典的生产者和消费者模型中,通过队列可以很方便的实现数据共享。假设我们有若干生产者线程,又有若干消费者线程,生产者线程可以通过队列将数据共享给消费者。但是生产者和消费者在某个时间段内,万一发生数据处理速度不匹配的情况呢?如果生产者生产数据的速度远大于消费者消费数据的速度,理想情况下是当生产者产生的数据到达一个阈值之后,那么生产者必须暂停一下(阻塞生产者线程),以便消费者可以把数据消费掉。在concurrent包出现之前,开发人员必须手动控制这些细节,导致开发高性能程序难度较大(兼顾效率和安全)。concurrent出来之后,带来了BlockingQueue(在多线程中,在某些情况下挂起线程(即阻塞),一旦条件满足,被挂起的线程又会被自动唤醒)

这里写图片描述

> BlockingQueue即为阻塞队列,是一个先进先出的队列,在某些情况下,对阻塞队列的访问可能会造成阻塞,被阻塞的情况主要有两种。

当对列满时,进行入队操作时。当一个线程试图对一个已经满了的队列进行入队操作时,也将会被阻塞,除非有一个线程进行了出队列操作。
当队列空时,进行出队操作时。当一个线程试图对一个为空的队列进行出队列操作时,也将会被阻塞,费油有一个线程进行了出队列操作。

> 阻塞队列是线程安全的,主要用在生产者消费者的场景上。负责生产的线程不断的制造新对象并插入到阻塞队列中,直到到达队列的上限值,从而被阻塞,直到消费线程对队列进行消费。同理,负责消费的线程不断的从队列中取出对象进行消费,直到这个队列为空,这时消费队列会被阻塞,除非队列中有新的对象被加入进来。

public interface BlockingQueue<e> extends Queue<e> {}
public interface Queue<e> extends Collection<e> {}

> BlockingQueue是一个接口,继承自Queue,所以实现类也可以作为Queue的实现来使用,而Queue又继承自Collection接口。

> BlockingQueue对插入操作,移除操作,获取元素操作提供了四种不同的方法用于不同的场景,使用不同的方法,会有不同的效果。BlockingQueue的各个实现都遵循这些规则。

	Throws Exception	Special Value	Blocks	Times Out
insert	add(o)	offer(o)	put(o)	offer(o,timeout,timeunit)
remove	remove(o)	poll()	take()	poll(timeout,timeunit)
examine	element()	peek()	not applicable	not applicable

Throws Exception：抛出异常。如果不能马上进行，则抛出异常。
Special Value：如果不能马上进行，则返回特殊值，一般是True或False
Blocks：如果不能马上进行，则操作会被阻塞，直到这个操作成功
Times Out：如果不能马上进行，操作会被阻塞指定的时间。如果指定时间还未执行，则返回特殊值，一般是True或False。

> 对于BlockingQueue,关注点应该在它的put和take方法上,因为这两个方法是带阻塞。

> BlockingQueue不接受null值的插入,相应的方法在碰到null的插入时会抛出NullPointerException异常,null值通常用于特殊值返回(表格中的第三列),代表poll失败。所以如果允许插入null值的话,那获取的时候,就不能很好的用null来判断到底是失败还是获取的值为null。

> BlockingQueue实现了java.util.Collection接口,我们可以使用remove(x)来删除任意一个元素,但是这类操作并不高效,所以尽量在少数场合使用,比如一条消息已经入队,但是需要取消操作的时候。

> BlockingQueue的实现都是线程安全的,但是批量的集合操作addAll,containsAll,retainAll,removeAll不一定是原子操作,如addAll(c)添加了一些元素后抛出异常,此时BlockingQueue中已经添加了部分元素,这个是允许的,取决于具体实现。

> BlockingQueue在生产者-消费者的场景中,是支持多消费者和多消费者的,说的其实就是线程安全问题。BlockingQueue是一个比较简单的线程安全容器。作为BlockingQueue的使用者,我们再不用考虑何时阻塞线程,什么时候唤醒线程,因为这一些BlockingQueue都实现了。

> 无界队列,并不是大小不限制,只是它的大小是Integer.MAX_VALUE,即int类型能表示的最大值(2的31次方)-1