JUC阻塞队列BlockingQueue讲解

概述

阻塞队列有两个特性：
阻塞：当队列为空时，会阻塞队列弹出操作，直到队列不为空。当队列满了时，会阻塞入队操作，直到队列不满。
队列：FIFO，先进先出。

接口：java.util.concurrent.BlockingQueue。
实现接口：Collection ， Iterable ， Queue
已知常用实现类：

ArrayBlockingQueue ：底层为数组的阻塞队列。
LinkedBlockingDeque ：底层为链表的双端阻塞队列。
LinkedBlockingQueue ：底层为链表的单端阻塞队列。
SynchronousQueue ：同步队列

BlockingQueue的四组API

这四组API是添加元素、删除元素、获取队首元素的四组API，每组以是否抛出异常，是否阻塞等待为维度进行切分。

先上总表格：

方式	抛出异常	有返回值且不抛出异常	阻塞等待	超时等待
添加	add ()	offer()	put()	offer()
移除	remove()	poll()	take()	poll()
获取队首元素	element()	peek()	-	-

测试会抛出异常的方法

public static void testThrowsExceptionApi(){//创建一个阻塞队列，容量为3BlockingQueue<Integer> blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);blockingQueue.add(1);blockingQueue.add(2);blockingQueue.add(3);//单单开放下面代码，会在一个容量为3的队列中加入第4个元素，抛出队列已满的异常//blockingQueue.add(4);System.out.println(blockingQueue.remove());System.out.println(blockingQueue.remove());System.out.println(blockingQueue.remove());//单单开放下面代码，在空队列中移除元素，抛出异常//System.out.println(blockingQueue.remove());//单单开放下面代码，在空队列中获取队首元素，抛出异常//System.out.println(blockingQueue.element());}

正常情况：

往满队列中添加元素：

往空队列中移除元素：

往空队列获取队首元素：

测试不抛出异常且有返回值的Api

 public static void testNonThrowsExceptionApi(){//创建一个阻塞队列，容量为3BlockingQueue<Integer> blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);//添加元素，成功返回true，否则返回falseSystem.out.println(blockingQueue.offer(1));System.out.println(blockingQueue.offer(2));System.out.println(blockingQueue.offer(3));System.out.println(blockingQueue.offer(4));//移除元素，成功返回元素值，失败返回nullSystem.out.println(blockingQueue.poll());System.out.println(blockingQueue.poll());System.out.println(blockingQueue.poll());System.out.println(blockingQueue.poll());//获取队首元素，成功返回元素值，失败返回nullSystem.out.println(blockingQueue.peek());}

结果：都没有抛出异常。

测试阻塞等待Api

 public static void testBlockWaitApi() throws InterruptedException {//创建一个阻塞队列，容量为3BlockingQueue<Integer> blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);blockingQueue.put(1);blockingQueue.put(2);blockingQueue.put(3);//如果打开下面代码。因为此时队列已满，所以会一直阻塞在这里，直到队列不满为止//blockingQueue.put(4);System.out.println(blockingQueue.take());System.out.println(blockingQueue.take());System.out.println(blockingQueue.take());//如果打开下面代码。因为此时队列为空，所以会一直阻塞在这里，直到队列不为空为止//System.out.println(blockingQueue.take());}

结果：
添加时阻塞：会一直阻塞住线程

移除时阻塞：尝试获取空数组元素时，被阻塞住了。

没有阻塞等待的获取队首Api。

测试阻塞超时等待

public static void testBlockWaitApiWithTimeout(){//创建一个阻塞队列，容量为3BlockingQueue<Integer> blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);try {System.out.println(blockingQueue.offer(1, 3, TimeUnit.SECONDS));} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}try {System.out.println(blockingQueue.offer(2, 3, TimeUnit.SECONDS));} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}try {System.out.println(blockingQueue.offer(3, 3, TimeUnit.SECONDS));} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}try {//如果打开下面代码。因为此时队列已满，所以会一直阻塞在这里，直到队列不满或者三秒超时返回falseSystem.out.println(blockingQueue.offer(4, 3, TimeUnit.SECONDS));} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}try {System.out.println(blockingQueue.poll(3,TimeUnit.SECONDS));} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}try {System.out.println(blockingQueue.poll(3,TimeUnit.SECONDS));} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}try {System.out.println(blockingQueue.poll(3,TimeUnit.SECONDS));} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}//如果打开下面代码。因为此时队列为空，所以会一直阻塞在这里，直到队列不为空或者等待超时3秒返回null为止try {System.out.println(blockingQueue.poll(3,TimeUnit.SECONDS));} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}

结果：

超时等待没有对应的获取队首元素API。

同步队列SynchronousQueue

同步队列添加元素后，就会阻塞当前线程，然后等待其他线程移除该元素后，才会唤醒那个线程。可以使用它来做一对一的线程间通信。

public class SynchronousQueueDemo {public static void main(String[] args) {SynchronousQueue<Integer> synchronousQueue = new SynchronousQueue<>();new Thread(()->{try {System.out.println("添加元素1前");synchronousQueue.put(1);System.out.println("添加元素1后");System.out.println("添加了元素2前");synchronousQueue.put(2);System.out.println("添加元素2后");System.out.println("添加元素3前");synchronousQueue.put(3);System.out.println("添加元素3后");}catch (InterruptedException e){}}).start();new Thread(()->{try {TimeUnit.SECONDS.sleep(3);System.out.println("释放了元素" + synchronousQueue.take());TimeUnit.SECONDS.sleep(3);System.out.println("释放了元素" + synchronousQueue.take());TimeUnit.SECONDS.sleep(3);System.out.println("释放了元素" + synchronousQueue.take());} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}).start();}
}

由结果可以看出，队列添加元素之后，就会阻塞住线程，然后等待另一个线程移除该元素，该线程也会被唤醒。所以先打印添加元素前，然后添加元素，之后线程阻塞，所以没有先打印添加元素后，而是先打印释放元素，然后添加线程被唤醒，就打印添加元素后。