類相關屬性

介面BlockingQueue<E>定義：

public interface BlockingQueue<E> extends Queue<E> {
    boolean    add(E e);
    boolean    offer(E e);
       void    put(E e) throws InterruptedException;
    boolean    offer(E e, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
          E    take() throws
 
 InterruptedException;
          E    poll(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
        int    remainingCapacity();
    boolean    remove(Object o);
     public    boolean contains(Object o);
        int    drainTo(Collection<? super E> c);
        int    drainTo(Collection<? super
 
 E> c, int maxElements);
}

方法摘要
在所有方法對類中儲存資料的陣列做操作時，需要獲取鎖lock。

BlockingQueue 方法以四種形式出現，對於不能立即滿足但可能在將來某一時刻可以滿足的操作，這四種形式的處理方式不同：第一種是丟擲一個異常，第二種是返回一個特殊值（null 或 false，具體取決於操作），第三種是在操作可以成功前，無限期地阻塞當前執行緒，第四種是在放棄前只在給定的最大時間限制內阻塞。下表中總結了這些方法：

Java裡的阻塞佇列

JDK7提供了7個阻塞佇列。分別是

• ArrayBlockingQueue ：一個由陣列結構組成的有界阻塞佇列。
• LinkedBlockingQueue ：一個由連結串列結構組成的有界阻塞佇列。
• PriorityBlockingQueue ：一個支援優先順序排序的無界阻塞佇列。
• DelayQueue：一個使用優先順序佇列實現的無界阻塞佇列。
• SynchronousQueue：一個不儲存元素的阻塞佇列。
• LinkedTransferQueue：一個由連結串列結構組成的無界阻塞佇列。
• LinkedBlockingDeque：一個由連結串列結構組成的雙向阻塞佇列。

ArrayBlockingQueue

ArrayBlockingQueue是一個用陣列實現的有界阻塞佇列。此佇列按照先進先出（FIFO）的原則對元素進行排序。預設情況下不保證訪問者公平的訪問佇列，所謂公平訪問佇列是指阻塞的所有生產者執行緒或消費者執行緒，當佇列可用時，可以按照阻塞的先後順序訪問佇列，即先阻塞的生產者執行緒，可以先往佇列裡插入元素，先阻塞的消費者執行緒，可以先從佇列裡獲取元素。通常情況下為了保證公平性會降低吞吐量。我們可以使用以下程式碼建立一個公平的阻塞佇列：

ArrayBlockingQueue fairQueue = new ArrayBlockingQueue(1000,true);

ArrayBlockingQueue原始碼非常值得分析，因為用了之前部落格裡講的Lock、Condition等知識。也可參考這篇部落格第八章 ArrayBlockingQueue原始碼解析

程式碼示例

import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.BlockingQueue;

public class BlockingQueueTest {
    public static void main(String[] args) {
        final BlockingQueue queue = new ArrayBlockingQueue(3);
        for(int i=0;i<2;i++){
            new Thread(){
                public void run(){
                    while(true){
                        try {
                            Thread.sleep((long)(Math.random()*1000));
                            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "準備放資料!");                            
                            queue.put(1);
                            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "已經放了資料，" +                             
                                        "佇列目前有" + queue.size() + "個數據");
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }

                    }
                }

            }.start();
        }

        new Thread(){
            public void run(){
                while(true){
                    try {
                        //將此處的睡眠時間分別改為100和1000，觀察執行結果
                        Thread.sleep(1000);
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "準備取資料!");
                        queue.take();
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "已經取走資料，" +                             
                                "佇列目前有" + queue.size() + "個數據");                    
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }

        }.start();            
    }
}

LinkedBlockingQueue

LinkedBlockingQueue是一個用連結串列實現的有界阻塞佇列。此佇列的預設和最大長度為Integer.MAX_VALUE。此佇列按照先進先出的原則對元素進行排序。

PriorityBlockingQueue

PriorityBlockingQueue是一個支援優先順序的無界佇列。預設情況下元素採取自然順序排列，也可以通過比較器comparator來指定元素的排序規則。元素按照升序排列。

DelayQueue

DelayQueue是一個支援延時獲取元素的無界阻塞佇列。佇列使用PriorityQueue來實現。佇列中的元素必須實現Delayed介面，在建立元素時可以指定多久才能從佇列中獲取當前元素。只有在延遲期滿時才能從佇列中提取元素。我們可以將DelayQueue運用在以下應用場景：

• 快取系統的設計：可以用DelayQueue儲存快取元素的有效期，使用一個執行緒迴圈查詢DelayQueue，一旦能從DelayQueue中獲取元素時，表示快取有效期到了。
• 定時任務排程。使用DelayQueue儲存當天將會執行的任務和執行時間，一旦從DelayQueue中獲取到任務就開始執行，從比如TimerQueue就是使用DelayQueue實現的。

佇列中的Delayed必須實現compareTo來指定元素的順序。比如讓延時時間最長的放在佇列的末尾。實現程式碼如下：

public int compareTo(Delayed other) {
           if (other == this) // compare zero ONLY if same object
                return 0;
            if (other instanceof ScheduledFutureTask) {
                ScheduledFutureTask x = (ScheduledFutureTask)other;
                long diff = time - x.time;
                if (diff < 0)
                    return -1;
                else if (diff > 0)
                    return 1;
       else if (sequenceNumber < x.sequenceNumber)
                    return -1;
                else
                    return 1;
            }
            long d = (getDelay(TimeUnit.NANOSECONDS) -
                      other.getDelay(TimeUnit.NANOSECONDS));
            return (d == 0) ? 0 : ((d < 0) ? -1 : 1);
        }

如何實現Delayed介面
我們可以參考ScheduledThreadPoolExecutor裡ScheduledFutureTask類。這個類實現了Delayed介面。首先：在物件建立的時候，使用time記錄前物件什麼時候可以使用，程式碼如下：

ScheduledFutureTask(Runnable r, V result, long ns, long period) {
            super(r, result);
            this.time = ns;
            this.period = period;
            this.sequenceNumber = sequencer.getAndIncrement();
}

然後使用getDelay可以查詢當前元素還需要延時多久，程式碼如下：

public long getDelay(TimeUnit unit) {
       return unit.convert(time - now(), TimeUnit.NANOSECONDS);
}

通過建構函式可以看出延遲時間引數ns的單位是納秒，自己設計的時候最好使用納秒，因為getDelay時可以指定任意單位，一旦以納秒作為單位，而延時的時間又精確不到納秒就麻煩了。使用時請注意當time小於當前時間時，getDelay會返回負數。

如何實現延時佇列

延時佇列的實現很簡單，當消費者從佇列裡獲取元素時，如果元素沒有達到延時時間，就阻塞當前執行緒。

long delay = first.getDelay(TimeUnit.NANOSECONDS);
if (delay <= 0)
    return q.poll();
else if (leader != null)
    available.await();

SynchronousQueue

SynchronousQueue是一個不儲存元素的阻塞佇列。每一個put操作必須等待一個take操作，否則不能繼續新增元素。SynchronousQueue可以看成是一個傳球手，負責把生產者執行緒處理的資料直接傳遞給消費者執行緒。佇列本身並不儲存任何元素，非常適合於傳遞性場景,比如在一個執行緒中使用的資料，傳遞給另外一個執行緒使用，SynchronousQueue的吞吐量高於LinkedBlockingQueue 和 ArrayBlockingQueue。

LinkedTransferQueue

LinkedTransferQueue是一個由連結串列結構組成的無界阻塞TransferQueue佇列。相對於其他阻塞佇列LinkedTransferQueue多了tryTransfer和transfer方法。

transfer方法。如果當前有消費者正在等待接收元素（消費者使用take()方法或帶時間限制的poll()方法時），transfer方法可以把生產者傳入的元素立刻transfer（傳輸）給消費者。如果沒有消費者在等待接收元素，transfer方法會將元素存放在佇列的tail節點，並等到該元素被消費者消費了才返回。transfer方法的關鍵程式碼如下：

Node pred = tryAppend(s, haveData);
return awaitMatch(s, pred, e, (how == TIMED), nanos);

第一行程式碼是試圖把存放當前元素的s節點作為tail節點。第二行程式碼是讓CPU自旋等待消費者消費元素。因為自旋會消耗CPU，所以自旋一定的次數後使用Thread.yield()方法來暫停當前正在執行的執行緒，並執行其他執行緒。

tryTransfer方法。則是用來試探下生產者傳入的元素是否能直接傳給消費者。如果沒有消費者等待接收元素，則返回false。和transfer方法的區別是tryTransfer方法無論消費者是否接收，方法立即返回。而transfer方法是必須等到消費者消費了才返回。

對於帶有時間限制的tryTransfer(E e, long timeout, TimeUnit unit)方法，則是試圖把生產者傳入的元素直接傳給消費者，但是如果沒有消費者消費該元素則等待指定的時間再返回，如果超時還沒消費元素，則返回false，如果在超時時間內消費了元素，則返回true。

LinkedBlockingDeque

LinkedBlockingDeque是一個由連結串列結構組成的雙向阻塞佇列。所謂雙向佇列指的你可以從佇列的兩端插入和移出元素。雙端佇列因為多了一個操作佇列的入口，在多執行緒同時入隊時，也就減少了一半的競爭。相比其他的阻塞佇列，LinkedBlockingDeque多了addFirst，addLast，offerFirst，offerLast，peekFirst，peekLast等方法，以First單詞結尾的方法，表示插入，獲取（peek）或移除雙端佇列的第一個元素。以Last單詞結尾的方法，表示插入，獲取或移除雙端佇列的最後一個元素。另外插入方法add等同於addLast，移除方法remove等效於removeFirst。但是take方法卻等同於takeFirst，不知道是不是Jdk的bug，使用時還是用帶有First和Last字尾的方法更清楚。在初始化LinkedBlockingDeque時可以初始化佇列的容量，用來防止其再擴容時過渡膨脹。另外雙向阻塞佇列可以運用在“工作竊取”模式中。

參考