Java阻塞队列必看类:BlockingQueue快速了解大体框架和实现思路

前言

本文主要说明BlockingQueue类、阻塞队列使用的共同父类AbstractQueue的基础知识。后续将会逐渐探索BlockingQueue的所有实现类。

BlockingQueue

概览

1. 不接受null元素。

通过新增方法添加null元素时，会抛出空指针异常。因为null值将用作标记​​值，来指明poll操作失败。同时null值作为阻塞队列的元素也是无任何意义的。

2. 可以有容量限制，也可以没有。

当作为有界队列时，如果当队列空间不足时，add操作将会抛出IllegalStateException异常，offer将会返回false，put操作将会阻塞直到队列空间可用。

如果不设置容量大小，那么默认值是Integer.MAX_VALUE。此时可以看作无界队列；

虽然队列在逻辑上可以是无界的，但由于资源耗尽（导致OutOfMemoryError ），添加操作可能会失败。 

3. 用于生产者-消费者队列，但是同时也支持Collection的操作。

例如删除队列元素操作remove(e)，但是这些操作的效率很低，一般仅用于删除某个临时取消的任务。

4. 所有实现都是线程安全的。

但是对于集合中的批量操作方法，如果其实现类没有特殊处理的话，那么addAll、containsAll、retainAll、removeAll等可能不会原子地执行。

5. 队列，整体上都基本准寻先进先出的访问顺序。

在整体上看，各个实现类是符合FIFO的顺序的。

主要实现类

• LinkedBlockingQueue：链表式阻塞队列
• ArrayBlockingQueue：数组式阻塞队列
• PriorityBlockingQueue：优先级阻塞队列
• LinkedBlockingDeque：阻塞型双端队列
• DelayQueue：延时阻塞队列
• SynchronousQueue：实时同步队列（没有任何存储元素的空间）
• …………

BlockingQueue方法的四类形式

BlockingQueue的所有实现类的方法都分为如下四类。相对于其他的集合操作方法，put和take是实现阻塞操作的核心方法，需要重点关注。

• Throws exception：操作未实现时（正常流程下的执行）抛出异常
• Special value：根据操作的实际情况，返回特定值，例如null、false
• Blocks：阻塞当前线程，直到当前线程可以成功执行
• Times out：尝试指定时间后，放弃执行

BlockingQueue类确定了阻塞队列的整体框架，确定了各个方法的定义，因此也是了解阻塞队列一定要学习的类。

本文中大部分都是从源码注释中解读而来，同时也包含了一些自己的理解，如果表述有误，还望指出。

AbstractQueue

概览

AbstractQueue类，提供了一些Queue操作的骨架实现。

这里提及AbstractQueue的原因是，阻塞队列的大多实现类都继承该类，可以说，这个抽象类，实现了BlockingQueue的大部分通用功能。比如add、remove失败时抛出异常等等，下面会一一提及。

源码解析

这个类基本上搭建起了一个阻塞队列Throws exception形式的框架，它实现了各个抛出异常的方法。

各个方法都比较简单，关键在于了解其具体的实现思路。这对了解各个阻塞队列的实现类很有帮助。

• add

    public boolean add(E e) {
        if (offer(e))
            return true;
        else
            throw new IllegalStateException("Queue full");
    }

当队列空间足够时，将直接插入成功。offer方法由具体的子类实现。

如果offer插入元素成功，则add返回true ，否则将抛出IllegalStateException异常。

• remove

    public E remove() {
        E x = poll();
        if (x != null)
            return x;
        else
            throw new NoSuchElementException();
    }

检索并删除队列的队首元素。

它与poll不同之处仅在于，如果此队列为空，它会抛出NoSuchElementException异常。

删除成功后，返回删除的元素。

• element

    public E element() {
        E x = peek();
        if (x != null)
            return x;
        else
            throw new NoSuchElementException();
    }

仅获取队列的队首元素并返回结果，并不进行操作。

与peek不同之处在于，如果此队列为空，它会引发NoSuchElementException异常。

• clear与addAll

    public void clear() {
        while (poll() != null)
            ;
    } 
 
    public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
        if (c == null)
            throw new NullPointerException();
        if (c == this)
            throw new IllegalArgumentException();
        boolean modified = false;
        for (E e : c)
            if (add(e))
                modified = true;
        return modified;
    }

遍历添加或删除所有元素，实现挺简单的，不过这里并没有进行单个操作出现异常时的处理。

总结

阻塞队列了解得也差不多了，之前只是简单的学习了如何使用阻塞队列的方法，这次也是打算来一个全面深入的学习吧。知其然知其所以然，对于程序员还是蛮重要的。 

以上为个人经验，希望能给大家一个参考，也希望大家多多支持。