前言：

? BlockingQueue很好的解決了多線程中，如何高效安全“傳輸”數(shù)據(jù)的問題。通過這些高效并且線程安全的隊(duì)列類，為我們快速搭建高質(zhì)量的多線程程序帶來極大的便利。本文詳細(xì)介紹了BlockingQueue家庭中的兩個(gè)重要成員，包括他們各自的功能以及常見使用場(chǎng)景。

認(rèn)識(shí)BlockingQueue

? 阻塞隊(duì)列，顧名思義，首先它是一個(gè)隊(duì)列，而一個(gè)隊(duì)列在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中所起的作用大致如下圖所示：

? 從圖中我們可以很清楚看到，通過一個(gè)共享的隊(duì)列，可以使得數(shù)據(jù)由隊(duì)列的一端輸入，從另外一端輸出；常用的隊(duì)列主要有以下兩種：（當(dāng)然通過不同的實(shí)現(xiàn)方式，還可以延伸出很多不同類型的隊(duì)列，DelayQueue就是其中的一種）

　　先進(jìn)先出（FIFO）：先插入的隊(duì)列的元素也最先出隊(duì)列，類似于排隊(duì)的功能。從某種程度上來說這種隊(duì)列也體現(xiàn)了一種公平性。

　　后進(jìn)先出（LIFO）：后插入隊(duì)列的元素最先出隊(duì)列，這種隊(duì)列優(yōu)先處理最近發(fā)生的事件。

? 多線程環(huán)境中，通過隊(duì)列可以很容易實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，比如經(jīng)典的“生產(chǎn)者”和“消費(fèi)者”模型中，通過隊(duì)列可以很便利地實(shí)現(xiàn)兩者之間的數(shù)據(jù)共享。假設(shè)我們有若干生產(chǎn)者線程，另外又有若干個(gè)消費(fèi)者線程。如果生產(chǎn)者線程需要把準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)共享給消費(fèi)者線程，利用隊(duì)列的方式來傳遞數(shù)據(jù)，就可以很方便地解決他們之間的數(shù)據(jù)共享問題。但如果生產(chǎn)者和消費(fèi)者在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)，萬一發(fā)生數(shù)據(jù)處理速度不匹配的情況呢？理想情況下，如果生產(chǎn)者產(chǎn)出數(shù)據(jù)的速度大于消費(fèi)者消費(fèi)的速度，并且當(dāng)生產(chǎn)出來的數(shù)據(jù)累積到一定程度的時(shí)候，那么生產(chǎn)者必須暫停等待一下（阻塞生產(chǎn)者線程），以便等待消費(fèi)者線程把累積的數(shù)據(jù)處理完畢，反之亦然。

? 然而，在concurrent包發(fā)布以前，在多線程環(huán)境下，我們每個(gè)程序員都必須去自己控制這些細(xì)節(jié)，尤其還要兼顧效率和線程安全，而這會(huì)給我們的程序帶來不小的復(fù)雜度。好在此時(shí)，強(qiáng)大的concurrent包橫空出世了，而他也給我們帶來了強(qiáng)大的BlockingQueue。（在多線程領(lǐng)域：所謂阻塞，在某些情況下會(huì)掛起線程，一旦條件滿足，被掛起的線程又會(huì)自動(dòng)被喚醒）

? 下面兩幅圖演示了BlockingQueue的兩個(gè)常見阻塞場(chǎng)景：

如圖所示：當(dāng)隊(duì)列中沒有數(shù)據(jù)的情況下，消費(fèi)者端的所有線程都會(huì)被自動(dòng)阻塞（掛起），直到有數(shù)據(jù)放入隊(duì)列。

如圖所示：當(dāng)隊(duì)列中填滿數(shù)據(jù)的情況下，生產(chǎn)者端的所有線程都會(huì)被自動(dòng)阻塞（掛起），直到隊(duì)列中有空的位置，線程被自動(dòng)喚醒。

? 這也是我們?cè)诙嗑€程環(huán)境下，為什么需要BlockingQueue的原因。作為BlockingQueue的使用者，我們?cè)僖膊恍枰P(guān)心什么時(shí)候需要阻塞線程，什么時(shí)候需要喚醒線程，因?yàn)檫@一切BlockingQueue都給你一手包辦了。既然BlockingQueue如此神通廣大，讓我們一起來見識(shí)下它的常用方法：

BlockingQueue的核心方法：

放入數(shù)據(jù)：

　　offer(anObject):表示如果可能的話,將anObject加到BlockingQueue里,即如果BlockingQueue可以容納,則返回true,否則返回false.（本方法不阻塞當(dāng)前執(zhí)行方法的線程）

　　offer(E o, long timeout, TimeUnit unit),可以設(shè)定等待的時(shí)間，如果在指定的時(shí)間內(nèi)，還不能往隊(duì)列中加入BlockingQueue，則返回失敗。

　　put(anObject):把a(bǔ)nObject加到BlockingQueue里,如果BlockQueue沒有空間,則調(diào)用此方法的線程被阻斷直到BlockingQueue里面有空間再繼續(xù).

獲取數(shù)據(jù)：

　　poll(time):取走BlockingQueue里排在首位的對(duì)象,若不能立即取出,則可以等time參數(shù)規(guī)定的時(shí)間,取不到時(shí)返回null;

　　poll(long timeout, TimeUnit unit)：從BlockingQueue取出一個(gè)隊(duì)首的對(duì)象，如果在指定時(shí)間內(nèi)，隊(duì)列一旦有數(shù)據(jù)可取，則立即返回隊(duì)列中的數(shù)據(jù)。否則知道時(shí)間超時(shí)還沒有數(shù)據(jù)可取，返回失敗。

　　take():取走BlockingQueue里排在首位的對(duì)象,若BlockingQueue為空,阻斷進(jìn)入等待狀態(tài)直到BlockingQueue有新的數(shù)據(jù)被加入;

　　drainTo():一次性從BlockingQueue獲取所有可用的數(shù)據(jù)對(duì)象（還可以指定獲取數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)），通過該方法，可以提升獲取數(shù)據(jù)效率；不需要多次分批加鎖或釋放鎖。

常見BlockingQueue

在了解了BlockingQueue的基本功能后，讓我們來看看BlockingQueue家庭大致有哪些成員？

1. ArrayBlockingQueue

? 基于數(shù)組的阻塞隊(duì)列實(shí)現(xiàn)，在ArrayBlockingQueue內(nèi)部，維護(hù)了一個(gè)定長(zhǎng)數(shù)組，以便緩存隊(duì)列中的數(shù)據(jù)對(duì)象，這是一個(gè)常用的阻塞隊(duì)列，除了一個(gè)定長(zhǎng)數(shù)組外，ArrayBlockingQueue內(nèi)部還保存著兩個(gè)整形變量，分別標(biāo)識(shí)著隊(duì)列的頭部和尾部在數(shù)組中的位置。

? ArrayBlockingQueue在生產(chǎn)者放入數(shù)據(jù)和消費(fèi)者獲取數(shù)據(jù)，都是共用同一個(gè)鎖對(duì)象，由此也意味著兩者無法真正并行運(yùn)行，這點(diǎn)尤其不同于LinkedBlockingQueue；

? 按照實(shí)現(xiàn)原理來分析，ArrayBlockingQueue完全可以采用分離鎖，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)者和消費(fèi)者操作的完全并行運(yùn)行。之所以沒這樣去做，猜測(cè)是因?yàn)锳rrayBlockingQueue的數(shù)據(jù)寫入和獲取操作已經(jīng)足夠輕巧，以至于引入獨(dú)立的鎖機(jī)制，除了給代碼帶來額外的復(fù)雜性外，其在性能上完全占不到任何便宜。 ArrayBlockingQueue和LinkedBlockingQueue間還有一個(gè)明顯的不同之處在于，前者在插入或刪除元素時(shí)不會(huì)產(chǎn)生或銷毀任何額外的對(duì)象實(shí)例，而后者則會(huì)生成一個(gè)額外的Node對(duì)象。這在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)需要高效并發(fā)地處理大批量數(shù)據(jù)的系統(tǒng)中，其對(duì)于GC的影響還是存在一定的區(qū)別。而在創(chuàng)建ArrayBlockingQueue時(shí)，我們還可以控制對(duì)象的內(nèi)部鎖是否采用公平鎖，默認(rèn)采用非公平鎖。

2. LinkedBlockingQueue

? 基于鏈表的阻塞隊(duì)列，同ArrayListBlockingQueue類似，其內(nèi)部也維持著一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖隊(duì)列（該隊(duì)列由一個(gè)鏈表構(gòu)成），當(dāng)生產(chǎn)者往隊(duì)列中放入一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，隊(duì)列會(huì)從生產(chǎn)者手中獲取數(shù)據(jù)，并緩存在隊(duì)列內(nèi)部，而生產(chǎn)者立即返回；只有當(dāng)隊(duì)列緩沖區(qū)達(dá)到最大值緩存容量時(shí)（LinkedBlockingQueue可以通過構(gòu)造函數(shù)指定該值），才會(huì)阻塞生產(chǎn)者隊(duì)列，直到消費(fèi)者從隊(duì)列中消費(fèi)掉一份數(shù)據(jù)，生產(chǎn)者線程會(huì)被喚醒，反之對(duì)于消費(fèi)者這端的處理也基于同樣的原理。而LinkedBlockingQueue之所以能夠高效的處理并發(fā)數(shù)據(jù)，還因?yàn)槠鋵?duì)于生產(chǎn)者端和消費(fèi)者端分別采用了獨(dú)立的鎖來控制數(shù)據(jù)同步，這也意味著在高并發(fā)的情況下生產(chǎn)者和消費(fèi)者可以并行地操作隊(duì)列中的數(shù)據(jù)，以此來提高整個(gè)隊(duì)列的并發(fā)性能。

? 作為開發(fā)者，我們需要注意的是，如果構(gòu)造一個(gè)LinkedBlockingQueue對(duì)象，而沒有指定其容量大小，LinkedBlockingQueue會(huì)默認(rèn)一個(gè)類似無限大小的容量（Integer.MAX_VALUE），這樣的話，如果生產(chǎn)者的速度一旦大于消費(fèi)者的速度，也許還沒有等到隊(duì)列滿阻塞產(chǎn)生，系統(tǒng)內(nèi)存就有可能已被消耗殆盡了。

? ArrayBlockingQueue和LinkedBlockingQueue是兩個(gè)最普通也是最常用的阻塞隊(duì)列，一般情況下，在處理多線程間的生產(chǎn)者消費(fèi)者問題，使用這兩個(gè)類足以。

BlockingQueueTest.java

import java.util.concurrent.BlockingQueue; import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;public class BlockingQueueTest {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {// 聲明一個(gè)容量為10的緩存隊(duì)列BlockingQueue<String> queue = new LinkedBlockingQueue<String>(10);Producer producer1 = new Producer(queue);Producer producer2 = new Producer(queue);Producer producer3 = new Producer(queue);Consumer consumer = new Consumer(queue);// 借助ExecutorsExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();// 啟動(dòng)線程 service.execute(producer1);service.execute(producer2);service.execute(producer3);service.execute(consumer);// 執(zhí)行10sThread.sleep(10 * 1000);producer1.stop();producer2.stop();producer3.stop();Thread.sleep(2000);// 退出Executor service.shutdown();} }

? 上面程序使用了Executors線程池的用法，詳細(xì)內(nèi)容可以參考：http://www.cnblogs.com/liqiu/p/3649360.html

Cosumer.java

import java.util.Random; import java.util.concurrent.BlockingQueue; import java.util.concurrent.TimeUnit; public class Consumer implements Runnable {public Consumer(BlockingQueue<String> queue) {this.queue = queue;}public void run() {System.out.println("啟動(dòng)消費(fèi)者線程！");Random r = new Random();boolean isRunning = true;try {while (isRunning) {System.out.println("正從隊(duì)列獲取數(shù)據(jù)...");String data = queue.poll(2, TimeUnit.SECONDS);if (null != data) {System.out.println("拿到數(shù)據(jù)：" + data);System.out.println("正在消費(fèi)數(shù)據(jù)：" + data);Thread.sleep(r.nextInt(DEFAULT_RANGE_FOR_SLEEP));} else {// 超過2s還沒數(shù)據(jù)，認(rèn)為所有生產(chǎn)線程都已經(jīng)退出，自動(dòng)退出消費(fèi)線程。isRunning = false;}}} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();Thread.currentThread().interrupt();} finally {System.out.println("退出消費(fèi)者線程！");}}private BlockingQueue<String> queue;private static final int DEFAULT_RANGE_FOR_SLEEP = 1000; }

Producer.java

import java.util.Random; import java.util.concurrent.BlockingQueue; import java.util.concurrent.TimeUnit; import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger; public class Producer implements Runnable {public Producer(BlockingQueue queue) {this.queue = queue;}public void run() {String data = null;Random r = new Random();System.out.println("啟動(dòng)生產(chǎn)者線程！");try {while (isRunning) {System.out.println("正在生產(chǎn)數(shù)據(jù)...");Thread.sleep(r.nextInt(DEFAULT_RANGE_FOR_SLEEP));data = "data:" + count.incrementAndGet();System.out.println("將數(shù)據(jù)：" + data + "放入隊(duì)列...");if (!queue.offer(data, 2, TimeUnit.SECONDS)) {System.out.println("放入數(shù)據(jù)失敗：" + data);}}} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();Thread.currentThread().interrupt();} finally {System.out.println("退出生產(chǎn)者線程！");}}public void stop() {isRunning = false;}private volatile boolean isRunning = true;private BlockingQueue queue;private static AtomicInteger count = new AtomicInteger();private static final int DEFAULT_RANGE_FOR_SLEEP = 1000;}

?執(zhí)行結(jié)果：

。。。。。。。。。。。。。。。 正從隊(duì)列獲取數(shù)據(jù)... 拿到數(shù)據(jù)：data:36 正在消費(fèi)數(shù)據(jù)：data:36 正從隊(duì)列獲取數(shù)據(jù)... 拿到數(shù)據(jù)：data:37 正在消費(fèi)數(shù)據(jù)：data:37 正從隊(duì)列獲取數(shù)據(jù)... 拿到數(shù)據(jù)：data:38 正在消費(fèi)數(shù)據(jù)：data:38 。。。。。。。。。。。。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Java多线程-BlockingQueue-ArrayBlockingQueue-LinkedBlockingQueue的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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