队列（Queue）

Queue：基本上，一个队列就是一个先入先出（FIFO）的数据结构

Queue接口与List、Set同一级别，都是继承了Collection接口。LinkedList实现了Deque接口。

阻塞队列提供了四种处理方法:

方法\处理方式	抛出异常	返回特殊值	一直阻塞	超时退出
插入方法	add(e)	offer(e)	put(e)	offer(e,time,unit)
移除方法	remove()	poll()	take()	poll(time,unit)
检查方法	element()	peek()	不可用	不可用

抛出异常：是指当阻塞队列满时候，再往队列里插入元素，会抛出IllegalStateException(“Queue full”)异常。当队列为空时，从队列里获取元素时会抛出NoSuchElementException异常。
返回特殊值：插入方法会返回是否成功，成功则返回true。移除方法，则是从队列里拿出一个元素，如果没有则返回null
一直阻塞：当阻塞队列满时，如果生产者线程往队列里put元素，队列会一直阻塞生产者线程，直到拿到数据，或者响应中断退出。当队列空时，消费者线程试图从队列里take元素，队列也会阻塞消费者线程，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段时间，如果超过一定的时间，生产者线程就会退出。

Java提供了一个Queue接口，并为该接口提供了众多的实现类：ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue、PriorityBlockingQueue、PriorityQueue、ConcurrentLinkedQueue和SynchronousQueue。

其中常用的是：ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue和CurrentLinkedQueue，它们都是线程安全的队列。LinkedBlockingQueue队列的吞吐量通常比ArrayBlockingQueue队列高，但在大多数并发应用程序中，LinkedBlockingQueue的性能要低。

除了LinkedBlockingQueue队列之外，JDK还提供了另外一种链队列ConcurrentLinkedQueue，它基于一种先进的、无等待（wait-free）队列算法实现。

2. Java里的阻塞队列

JDK7提供了7个阻塞队列。分别是

ArrayBlockingQueue ：一个由数组结构组成的有界阻塞队列。
LinkedBlockingQueue ：一个由链表结构组成的有界阻塞队列。
PriorityBlockingQueue ：一个支持优先级排序的无界阻塞队列。
DelayQueue：一个使用优先级队列实现的无界阻塞队列。
SynchronousQueue：一个不存储元素的阻塞队列。
LinkedTransferQueue：一个由链表结构组成的无界阻塞队列。
LinkedBlockingDeque：一个由链表结构组成的双向阻塞队列。

LinkedBlockingQueue的容量是没有上限的（说的不准确，在不指定时容量为Integer.MAX_VALUE，不要然的话在put时怎么会受阻呢），但是也可以选择指定其最大容量，它是基于链表的队列，此队列按 FIFO（先进先出）排序元素。

ArrayBlockingQueue此队列按照先进先出（FIFO）的原则对元素进行排序。默认情况下不保证访问者公平的访问队列，所谓公平访问队列是指阻塞的所有生产者线程或消费者线程，当队列可用时，可以按照阻塞的先后顺序访问队列，即先阻塞的生产者线程，可以先往队列里插入元素，先阻塞的消费者线程，可以先从队列里获取元素。通常情况下为了保证公平性会降低吞吐量。我们可以使用以下代码创建一个公平的阻塞队列：

ArrayBlockingQueue fairQueue = new  ArrayBlockingQueue(1000,true);

访问者的公平性是使用可重入锁实现的，代码如下：

public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair) {
    if (capacity <= 0)
        throw new IllegalArgumentException();
    this.items = new Object[capacity];
    lock = new ReentrantLock(fair);
    notEmpty = lock.newCondition();
    notFull = lock.newCondition();
}

PriorityBlockingQueue是一个带优先级的队列，而不是先进先出队列。元素按优先级顺序被移除，该队列也没有上限（看了一下源码，PriorityBlockingQueue是对 PriorityQueue的再次包装，是基于堆数据结构的，而PriorityQueue是没有容量限制的，与ArrayList一样，所以在优先阻塞队列上put时是不会受阻的。虽然此队列逻辑上是无界的，但是由于资源被耗尽，所以试图执行添加操作可能会导致 OutOfMemoryError），但是如果队列为空，那么取元素的操作take就会阻塞，所以它的检索操作take是受阻的。另外，往入该队列中的元素要具有比较能力。

DelayQueue是一个支持延时获取元素的无界阻塞队列。队列使用PriorityQueue来实现。队列中的元素必须实现Delayed接口，在创建元素时可以指定多久才能从队列中获取当前元素。只有在延迟期满时才能从队列中提取元素。我们可以将DelayQueue运用在以下应用场景：

缓存系统的设计：可以用DelayQueue保存缓存元素的有效期，使用一个线程循环查询DelayQueue，一旦能从DelayQueue中获取元素时，表示缓存有效期到了。
定时任务调度。使用DelayQueue保存当天将会执行的任务和执行时间，一旦从DelayQueue中获取到任务就开始执行，从比如TimerQueue就是使用DelayQueue实现的

队列中的Delayed必须实现compareTo来指定元素的顺序。比如让延时时间最长的放在队列的末尾。实现代码如下：

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);
}

基于内存的队列的介绍，队列的大小依赖于JVM内存的大小，一般如果是内存占用不大且处理相对较为及时的都可以采用此种方法。如果你在队列处理的时候需要有失败重试机制，那么用此种队列就不是特别合适了。

public class BlockingQueueTest {
    /**
     定义装苹果的篮子
     */
    public static class Basket{
        // 篮子，能够容纳3个苹果
        BlockingQueue<String> basket = new ArrayBlockingQueue<String>(3);

        // 生产苹果，放入篮子
        public void produce() throws InterruptedException{
            // put方法放入一个苹果，若basket满了，等到basket有位置
            basket.put("An apple");
        }
        // 消费苹果，从篮子中取走
        public String consume() throws InterruptedException{
            // get方法取出一个苹果，若basket为空，等到basket有苹果为止
            String apple = basket.take();
            return apple;
        }

        public int getAppleNumber(){
            return basket.size();
        }

    }
    //　测试方法
    public static void testBasket() {
        // 建立一个装苹果的篮子
        final Basket basket = new Basket();
        // 定义苹果生产者
        class Producer implements Runnable {
            public void run() {
                try {
                    while (true) {
                        // 生产苹果
                        System.out.println("生产者准备生产苹果："
                                + System.currentTimeMillis());
                        basket.produce();
                        System.out.println("生产者生产苹果完毕："
                                + System.currentTimeMillis());
                        System.out.println("生产完后有苹果："+basket.getAppleNumber()+"个");
                        // 休眠300ms
                        Thread.sleep(300);
                    }
                } catch (InterruptedException ex) {
                }
            }
        }
        // 定义苹果消费者
        class Consumer implements Runnable {
            public void run() {
                try {
                    while (true) {
                        // 消费苹果
                        System.out.println("消费者准备消费苹果："
                                + System.currentTimeMillis());
                        basket.consume();
                        System.out.println("消费者消费苹果完毕："
                                + System.currentTimeMillis());
                        System.out.println("消费完后有苹果："+basket.getAppleNumber()+"个");
                        // 休眠1000ms
                        Thread.sleep(1000);
                    }
                } catch (InterruptedException ex) {
                }
            }
        }

        ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();
        Producer producer = new Producer();
        Consumer consumer = new Consumer();
        service.submit(producer);
        service.submit(consumer);
        // 程序运行10s后，所有任务停止
        try {
            Thread.sleep(10000);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
        service.shutdownNow();
    }
    public static void main(String[] args) {
        BlockingQueueTest.testBasket();
    }
}

2. Java里的阻塞队列

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