23 队列在源码方面的面试题

人要有毅力，否则将一事无成。

引导语

队列在源码方面的面试题，一般面试官会从锁，线程池等知识点作为问题入口，慢慢的问到队列，由于锁、线程池咱们还没有学习到，所以本章就直奔主题，从队列入手，看看队列都有哪些面试题（队列种类很多，本文在说队列的通用特征时，都是在说其大部分队列的通用特征，如有某种队列特征不符，不在一一说明）。

1 面试题

1.1 说说你对队列的理解，队列和集合的区别。

答：对队列的理解：

首先队列本身也是个容器，底层也会有不同的数据结构，比如 LinkedBlockingQueue 是底层是链表结构，所以可以维持先入先出的顺序，比如 DelayQueue 底层可以是队列或堆栈，所以可以保证先入先出，或者先入后出的顺序等等，底层的数据结构不同，也造成了操作实现不同；
部分队列（比如 LinkedBlockingQueue ）提供了暂时存储的功能，我们可以往队列里面放数据，同时也可以从队列里面拿数据，两者可以同时进行；
队列把生产数据的一方和消费数据的一方进行解耦，生产者只管生产，消费者只管消费，两者之间没有必然联系，队列就像生产者和消费者之间的数据通道一样，如 LinkedBlockingQueue；
队列还可以对消费者和生产者进行管理，比如队列满了，有生产者还在不停投递数据时，队列可以使生产者阻塞住，让其不再能投递，比如队列空时，有消费者过来拿数据时，队列可以让消费者 hodler 住，等有数据时，唤醒消费者，让消费者拿数据返回，如 ArrayBlockingQueue；
队列还提供阻塞的功能，比如我们从队列拿数据，但队列中没有数据时，线程会一直阻塞到队列有数据可拿时才返回。

队列和集合的区别：

和集合的相同点，队列（部分例外）和集合都提供了数据存储的功能，底层的储存数据结构是有些相似的，比如说 LinkedBlockingQueue 和 LinkedHashMap 底层都使用的是链表，ArrayBlockingQueue 和 ArrayList 底层使用的都是数组。
和集合的区别：

2.1 部分队列和部分集合底层的存储结构很相似的，但两者为了完成不同的事情，提供的 API 和其底层的操作实现是不同的。

2.2 队列提供了阻塞的功能，能对消费者和生产者进行简单的管理，队列空时，会阻塞消费者，有其他线程进行 put 操作后，会唤醒阻塞的消费者，让消费者拿数据进行消费，队列满时亦然。

2.3 解耦了生产者和消费者，队列就像是生产者和消费者之间的管道一样，生产者只管往里面丢，消费者只管不断消费，两者之间互不关心。

1.2 哪些队列具有阻塞的功能，大概是如何阻塞的？

答：队列主要提供了两种阻塞功能，如下：

LinkedBlockingQueue 链表阻塞队列和 ArrayBlockingQueue 数组阻塞队列是一类，前者容量是 Integer 的最大值，后者数组大小固定，两个阻塞队列都可以指定容量大小，当队列满时，如果有线程 put 数据，线程会阻塞住，直到有其他线程进行消费数据后，才会唤醒阻塞线程继续 put，当队列空时，如果有线程 take 数据，线程会阻塞到队列不空时，继续 take。
SynchronousQueue 同步队列，当线程 put 时，必须有对应线程把数据消费掉，put 线程才能返回，当线程 take 时，需要有对应线程进行 put 数据时，take 才能返回，反之则阻塞，举个例子，线程 A put 数据 A1 到队列中了，此时并没有任何的消费者，线程 A 就无法返回，会阻塞住，直到有线程消费掉数据 A1 时，线程 A 才能返回。

1.3 底层是如何实现阻塞的？

答：队列本身并没有实现阻塞的功能，而是利用 Condition 的等待唤醒机制，阻塞底层实现就是更改线程的状态为沉睡，细节我们在锁小节会说到。

1.4 LinkedBlockingQueue 和 ArrayBlockingQueue 有啥区别。

答：相同点：

两者的阻塞机制大体相同，比如在队列满、空时，线程都会阻塞住。

不同点：

LinkedBlockingQueue 底层是链表结构，容量默认是 Interge 的最大值，ArrayBlockingQueue 底层是数组，容量必须在初始化时指定。
两者的底层结构不同，所以 take、put、remove 的底层实现也就不同。

1.5 往队列里面 put 数据是线程安全的么？为什么？

答：是线程安全的，在 put 之前，队列会自动加锁，put 完成之后，锁会自动释放，保证了同一时刻只会有一个线程能操作队列的数据，以 LinkedBlockingQueue 为例子，put 时，会加 put 锁，并只对队尾 tail 进行操作，take 时，会加 take 锁，并只对队头 head 进行操作，remove 时，会同时加 put 和 take 锁，所以各种操作都是线程安全的，我们工作中可以放心使用。

1.6 take 的时候也会加锁么？既然 put 和 take 都会加锁，是不是同一时间只能运行其中一个方法。

答：1：是的，take 时也会加锁的，像 LinkedBlockingQueue 在执行 take 方法时，在拿数据的同时，会把当前数据删除掉，就改变了链表的数据结构，所以需要加锁来保证线程安全。

2：这个需要看情况而言，对于 LinkedBlockingQueue 来说，队列的 put 和 take 都会加锁，但两者的锁是不一样的，所以两者互不影响，可以同时进行的，对于 ArrayBlockingQueue 而言，put 和 take 是同一个锁，所以同一时刻只能运行一个方法。

1.7 工作中经常使用队列的 put、take 方法有什么危害，如何避免。

答：当队列满时，使用 put 方法，会一直阻塞到队列不满为止。

当队列空时，使用 take 方法，会一直阻塞到队列有数据为止。

两个方法都是无限（永远、没有超时时间的意思）阻塞的方法，容易使得线程全部都阻塞住，大流量时，导致机器无线程可用，所以建议在流量大时，使用 offer 和 poll 方法来代替两者，我们只需要设置好超时阻塞时间，这两个方法如果在超时时间外，还没有得到数据的话，就会返回默认值（LinkedBlockingQueue 为例），这样就不会导致流量大时，所有的线程都阻塞住了。

这个也是生产事故常常发生的原因之一，尝试用 put 和 take 方法，在平时自测中根本无法发现，对源码不熟悉的同学也不会意识到会有问题，当线上大流量打进来时，很有可能会发生故障，所以我们平时工作中使用队列时，需要谨慎再谨慎。

1.8 把数据放入队列中后，有木有办法让队列过一会儿再执行？

答：可以的，DelayQueue 提供了这种机制，可以设置一段时间之后再执行，该队列有个唯一的缺点，就是数据保存在内存中，在重启和断电的时候，数据容易丢失，所以定时的时间我们都不会设置很久，一般都是几秒内，如果定时的时间需要设置很久的话，可以考虑采取延迟队列中间件（这种中间件对数据会进行持久化，不怕断电的发生）进行实现。

1.9 DelayQueue 对元素有什么要求么，我把 String 放到队列中去可以么？

答：DelayQueue 要求元素必须实现 Delayed 接口，Delayed 本身又实现了 Comparable 接口，Delayed 接口的作用是定义还剩下多久就会超时，给使用者定制超时时间的，Comparable 接口主要用于对元素之间的超时时间进行排序的，两者结合，就可以让越快过期的元素能够排在前面。

所以把 String 放到 DelayQueue 中是不行的，编译都无法通过，DelayQueue 类在定义的时候，是有泛型定义的，泛型类型必须是 Delayed 接口的子类才行。

1.10 DelayQueue 如何让快过期的元素先执行的？

答：DelayQueue 中的元素都实现 Delayed 和 Comparable 接口的，其内部会使用 Comparable 的 compareTo 方法进行排序，我们可以利用这个功能，在 compareTo 方法中实现过期时间和当前时间的差，这样越快过期的元素，计算出来的差值就会越小，就会越先被执行。

1.11 如何查看 SynchronousQueue 队列的大小？

答：此题是个陷进题，题目首先设定了 SynchronousQueue 是可以查看大小的，实际上 SynchronousQueue 本身是没有容量的，所以也无法查看其容量的大小，其内部的 size 方法都是写死的返回 0。

1.12 SynchronousQueue 底层有几种数据结构，两者有何不同？

答：底层有两种数据结构，分别是队列和堆栈。

两者不同点：

队列维护了先入先出的顺序，所以最先进去队列的元素会最先被消费，我们称为公平的，而堆栈则是先入后出的顺序，最先进入堆栈中的数据可能会最后才会被消费，我们称为不公平的。
两者的数据结构不同，导致其 take 和 put 方法有所差别，具体的可以看《 SynchronousQueue 源码解析》章节。

1.13 假设 SynchronousQueue 底层使用的是堆栈，线程 1 执行 take 操作阻塞住了，然后有线程 2 执行 put 操作，问此时线程 2 是如何把 put 的数据传递给 take 的？

答：这是一个好问题，也是理解 SynchronousQueue 的核心问题。

首先线程 1 被阻塞住，此时堆栈头就是线程 1 了，此时线程 2 执行 put 操作，会把 put 的数据赋值给堆栈头的 match 属性，并唤醒线程 1，线程 1 被唤醒后，拿到堆栈头中的 match 属性，就能够拿到 put 的数据了。

严格上说并不是 put 操作直接把数据传递给了 take，而是 put 操作改变了堆栈头的数据，从而 take 可以从堆栈头上直接拿到数据，堆栈头是 take 和 put 操作之间的沟通媒介。

1.14 如果想使用固定大小的队列，有几种队列可以选择，有何不同？

答：可以使用 LinkedBlockingQueue 和 ArrayBlockingQueue 两种队列。

前者是链表，后者是数组，链表新增时，只要建立起新增数据和链尾数据之间的关联即可，数组新增时，需要考虑到索引的位置（takeIndex 和 putIndex 分别记录着下次拿数据、放数据的索引位置），如果增加到了数组最后一个位置，下次就要重头开始新增。

1.15 ArrayBlockingQueue 可以动态扩容么？用到数组最后一个位置时怎么办？

答：不可以的，虽然 ArrayBlockingQueue 底层是数组，但不能够动态扩容的。

假设 put 操作用到了数组的最后一个位置，那么下次 put 就需要从数组 0 的位置重新开始了。

假设 take 操作用到数组的最后一个位置，那么下次 take 的时候也会从数组 0 的位置重新开始。

1.16 ArrayBlockingQueue take 和 put 都是怎么找到索引位置的？是利用 hash 算法计算得到的么？

答：ArrayBlockingQueue 有两个属性，为 takeIndex 和 putIndex，分别标识下次 take 和 put 的位置，每次 take 和 put 完成之后，都会往后加一，虽然底层是数组，但和 HashMap 不同，并不是通过 hash 算法计算得到的。

2 总结

队列是锁、线程池等复杂 API 的基础，很多面试官都会在问这些 API 时冷不防的问你队列的知识，如果你回答不好，面试官可能会认为你仅仅是用过锁和线程池，但却对其底层的原理和实现了解的不够全面，所以说队列还是蛮重要的，但队列的源码比较复杂，建议大家可以尝试 debug 的方式来理解源码。

面试官系统精讲Java源码及大厂真题 - 23 队列在源码方面的面试题相关推荐

面试官系统精讲Java源码及大厂真题 - 34 只求问倒：连环相扣系列锁面试题
34 只求问倒:连环相扣系列锁面试题自信和希望是青年的特权. 引导语面试中,问锁主要是两方面:锁的日常使用场景 + 锁原理,锁的日常使用场景主要考察对锁 API 的使用熟练度,看看你是否真的使用过 ...
面试官系统精讲Java源码及大厂真题 - 36 从容不迫：重写锁的设计结构和细节
36 从容不迫:重写锁的设计结构和细节受苦的人,没有悲观的权利. --尼采引导语有的面试官喜欢让同学在说完锁的原理之后,让你重写一个新的锁,要求现场在白板上写出大概的思路和代码逻辑,这种面试题目 ...
面试官系统精讲Java源码及大厂真题 - 38 线程池源码面试题
38 线程池源码面试题与有肝胆人共事,从无字句处读书. --周恩来引导语线程池在日常面试中占比很大,主要是因为线程池内容涉及的知识点较广,比如涉及到队列.线程.锁等等,所以很多面试官喜欢把线程池 ...
面试官系统精讲Java源码及大厂真题 - 24 举一反三：队列在 Java 其它源码中的应用
24 举一反三:队列在 Java 其它源码中的应用世上无难事,只要肯登攀. 引导语队列除了提供 API 供开发者使用外,自身也和 Java 中其他 API 紧密结合,比如线程池和锁,线程池直接使用 ...
面试官系统精讲Java源码及大厂真题 - 17 并发 List、Map源码面试题
17 并发 List.Map源码面试题梦想只要能持久,就能成为现实.我们不就是生活在梦想中的吗? 引导语并发 List 和 Map 是技术面时常问的问题,问的问题也都比较深入,有很多问题都是面试官 ...
面试官系统精讲Java源码及大厂真题 - 11 HashSet、TreeSet 源码解析
11 HashSet.TreeSet 源码解析更新时间:2019-09-16 19:37:35 成功的奥秘在于目标的坚定. --迪斯雷利引导语 HashSet.TreeSet 两个类是在 Map ...
面试官系统精讲Java源码及大厂真题 - 10 Map源码会问哪些面试题
10 Map源码会问哪些面试题更新时间:2019-09-10 10:34:08 人的一生可能燃烧也可能腐朽,我不能腐朽,我愿意燃烧起来! --奥斯特洛夫斯基引导语 Map 在面试中,占据了很大一部 ...
面试官系统精讲Java源码及大厂真题 - 07 List 源码会问哪些面试题
07 List 源码会问哪些面试题勤学如春起之苗,不见其增,日有所长. --陶潜引导语 List 作为工作中最常见的集合类型,在面试过程中,也是经常会被问到各种各样的面试题,一般来说,只要你看过源 ...
面试官系统精讲Java源码及大厂真题 - 05 ArrayList 源码解析和设计思路
05 ArrayList 源码解析和设计思路耐心和恒心总会得到报酬的. --爱因斯坦引导语 ArrayList 我们几乎每天都会使用到,但真正面试的时候,发现还是有不少人对源码细节说不清楚,给面试 ...

面试官系统精讲Java源码及大厂真题 - 23 队列在源码方面的面试题