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什么是 BlockingQueue？
简介
BlockingQueue 是由数组支持的有界阻塞队列。此队列对元素FIFO（先进先出）进行排序。队列的开头是已在队列中最长时间的元素。队列的尾部是最短时间出现在队列中的元素。新元素插入到队列的尾部，并且队列检索操作在队列的开头获取元素
此类支持可选的公平性策略，用于订购正在等待的生产者和使用者线程。默认情况下，不保证此排序。但是，将公平性设置为true构造的队列将按FIFO顺序授予线程访问权限。公平通常会降低吞吐量，但会减少可变性并避免饥饿
定义
-
当队列为空时，从队列中获取元素的操作将会被阻塞（当试图从空的队列中获取元素的线程将会被阻塞，直到其它线程往空的队列插入新的元素）
-
当队列为满时，从队列中添加元素的操作将会被阻塞（当试图向已满的队列中添加新元素的线程将会被阻塞，直到其它线程从队列中移除 一个或者多个或者完全清空，使队列变得空闲起来并后续新增）
| 方法类型 | 抛出异常 | 特殊值 | 阻塞 | 超时 |
|---|---|---|---|---|
| 插入 | add(e) | offer(e) | put(e) | offer(e,time,unit) |
| 移除 | remove() | poll() | take() | poll(time,unit) |
| 检查 | element() | peek() | 不可用 | 不可用 |
| 抛出异常 | 当阻塞队列满时，再往队列里 add 插入元素会抛出 IllegalStateException(“Queue full”)；当阻塞队列为空时，再从队列里 remove 移除元素会抛出 NoSuchElementException |
|---|---|
| 特殊值 | 插入方法，成功返回 true，失败返回 false；移除方法，成功返回出队列的元素，队列里没有就返回 null |
| 一直阻塞 | 当阻塞队列满时，生产者线程继续往队列里 put 元素，队列会一直阻塞生产者线程直到 put 数据或者响应中断退出；当队列为空时，消费者线程视图从队列里 take 元素，队列会一直阻塞消费者直到队列可用 |
| 超时退出 | 当阻塞队列满时，队列会阻塞生产者线程一定时间，超过限时后生产者线程会退出 |
操作分解
添加元素
假如现在队列里有一个元素，第一个元素也叫头节点
然后我们添加一个元素，当我们添加一个元素时，那么这个新添加的元素就是尾节点了（头节点指向尾节点）
同样地，再添加一个元素也是一样
移除元素
在上图中移除一个元素是移除最先添加的元素，也就是 11
从上图中再移除一个元素，也就是 12
动画演示
队列遵循的是先进先出原则
抛出异常
IllegalStateException
那么这个抛出异常怎么理解呢？可以来一段代码测试一下
package juc;
import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.BlockingQueue;
/**
* @author Woo_home
* @create by 2020/3/14
*/
public class BlockingQueueDemo {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// 创建一个 ArrayBlockingQueue 并初始化大小为 3
BlockingQueue<String> queue = new ArrayBlockingQueue<>(3);
// 往队列里面添加 3 个元素，add 成功会返回 true
System.out.println(queue.add("a"));
System.out.println(queue.add("b"));
System.out.println(queue.add("c"));
}
}
输出：
因为我们已经将 ArrayBlockingQueue 初始化为 3，所以添加 3 个元素的时候是可以的，但是当我们在添加一个元素的时，就会抛出一个异常，如下：
public class BlockingQueueDemo {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
BlockingQueue<String> queue = new ArrayBlockingQueue<>(3);
System.out.println(queue.add("a"));
System.out.println(queue.add("b"));
System.out.println(queue.add("c"));
// 再次添加一个元素
System.out.println(queue.add("x"));
}
}
抛出异常了，异常为 Queue full（队列已经满了）
而 ArrayBlockingQueue 的 add(E e) 方法的源码如下：
可以发现当我们使用 add() 方法的时候使用的是 ArrayBlockingQueue 的 add() 方法
而 ArrayBlockingQueue 的 add 方法实际调用的是父类 AbstractQueue 的 add() 方法，AbstractQueue 的 add() 方法在每次添加元素时都会使用 offer 方法（该方法是实现 Queue 接口的方法）进行判断，判断此时的队列是否已经满了，如果没满，则添加元素并且返回 true，否则抛出 IllegalStateException(“Queue full”) 异常
add(E e)
NoSuchElementException
package juc;
/**
* @author Woo_home
* @create by 2020/3/14
*/
public class BlockingQueueDemo {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
BlockingQueue<String> queue = new ArrayBlockingQueue<>(3);
queue.add("a");
queue.add("b");
queue.add("c");
System.out.println(queue.remove());
System.out.println(queue.remove());
System.out.println(queue.remove());
}
}
这个程序往队列里面添加添加三个元素，然后取出三个元素，上面已经讲过，队列是遵循先进先出原则，移除是移除最先添加的元素
输出：
这时的队列元素已经全部移除，已经为空了，当再次 remove 时则会抛出 NoSuchElementException 异常，如下：
public class BlockingQueueDemo {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
BlockingQueue<String> queue = new ArrayBlockingQueue<>(3);
queue.add("a");
queue.add("b");
queue.add("c");
System.out.println(queue.remove());
System.out.println(queue.remove());
System.out.println(queue.remove());
// 经过上面的 remove，队列此时已为空
System.out.println(queue.remove());
}
}
输出：
当队列为空时，在往队列里 remove 移除元素会抛出 NoSuchElementException 异常
特殊值
offer(E e)
看下下面这段代码
public class BlockingQueueDemo {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
BlockingQueue<String> queue = new ArrayBlockingQueue<>(3);
System.out.println(queue.offer("a"));
System.out.println(queue.offer("b"));
System.out.println(queue.offer("c"));
System.out.println(queue.offer("x"));
}
}
输出：
offer 的操作跟 add 差不多，都是添加元素，但是 offer 方法添加元素当添加元素的数量大于初始化的值时会返回一个 false 而不是抛出异常
poll()
poll() 操作跟 remove() 操作差不多，都是移除元素，但是 poll 的移除是成功返回队列的元素，队列里没有的元素就返回 null 而不是抛出异常
public class BlockingQueueDemo {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
BlockingQueue<String> queue = new ArrayBlockingQueue<>(3);
System.out.println(queue.offer("a"));
System.out.println(queue.offer("b"));
System.out.println(queue.offer("c"));
System.out.println(queue.poll());
System.out.println(queue.poll());
System.out.println(queue.poll());
System.out.println(queue.poll());
}
}
输出：
阻塞
- 当阻塞队里满时，生产者线程继续往队列里 put 元素，队列会一直阻塞生产者线程知道 put 数据 or 响应中断退出
- 当阻塞队列为空时，消费者线程视图从队列里 take 元素，队列会一直阻塞消费者线程直到队列可用
public class BlockingQueueDemo {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
BlockingQueue<String> queue = new ArrayBlockingQueue<>(3);
queue.put("a");
queue.put("b");
queue.put("c");
System.out.println(queue.take());
System.out.println(queue.take());
System.out.println(queue.take());
System.out.println(queue.take());
}
}
输出：
超时
public class BlockingQueueDemo {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
BlockingQueue<String> queue = new ArrayBlockingQueue<>(3);
System.out.println(queue.offer("a"));
System.out.println(queue.offer("b"));
System.out.println(queue.offer("c"));
// 如果队列满了超过 3 s，则返回 false
System.out.println(queue.offer("a", 3L,TimeUnit.SECONDS));
}
}
当使用 offer 超时函数时，如果队列已满，则超时等待设定的时间，如果时间过了还没有空位置的话，则返回 false
