深入理解阻塞队列（一）——基本结构

BlockingQueue是一个继承自Queue的接口，在Queue的队列基础上增加了阻塞操作。简单来说，就是在在BlockingQueue为空时从队头取数据将会被阻塞，因为此时还没有数据可取，一旦队列中有数据了，取数据的线程就会释放得到了数据；如果BlockingQueue有容量限制且满了，那么插入数据的线程将会阻塞，知道队列中有空闲位置可以插入数据了，才会释放。经过上面一段描述，可以发现这不就是一个生产者-消费者模型吗？

示例

下面是BlockingQueue的注释中的一个例子

 class Producer implements Runnable {    private final BlockingQueue queue;    Producer(BlockingQueue q) { queue = q; }    public void run() {      try {        while (true) { queue.put(produce()); }     } catch (InterruptedException ex) { ... handle ...}    }    Object produce() { ... }  }  class Consumer implements Runnable {    private final BlockingQueue queue;    Consumer(BlockingQueue q) { queue = q; }    public void run() {      try {        while (true) { consume(queue.take()); }      } catch (InterruptedException ex) { ... handle ...}    }    void consume(Object x) { ... }  }  class Setup {    void main() {      BlockingQueue q = new SomeQueueImplementation();      Producer p = new Producer(q);      Consumer c1 = new Consumer(q);      Consumer c2 = new Consumer(q);     new Thread(p).start();      new Thread(c1).start();      new Thread(c2).start();    }  }}
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BlockingQueue类结构

BlockingQueue是阻塞队列的顶层接口，其下有很多实现类以及BlockingDeque接口（双端阻塞队列）。关系如下图： 
 
从上图中可以看到整个BlockingQueu的结构都是在Queue的接口上扩展的，下面从Queue开始分析每个类中入队、出队、检索的方法。 

Queue接口

入队出队检索区别add()remove()element()在执行方法失败时不返回值，抛出异常offer()poll()peek()在执行方法时，给出返回值，比如false、null

可以看到Queue接口的三种操作：入队、出队和检索均有两个实现，区别在于其中一个会在方法执行失败时抛出异常，而另一个会在失败时返回值。下面以入队为例，add()方法在队列已满时将会抛出异常，而offer()在队列已满时会返回false。 

BlockingQueue接口

BlockingQueue在Queue接口的基础上对入队和出队两个操作分别又增加了阻塞方法，如下： 

阻塞入队阻塞出队定时入队定时出队put(E e)E take()offer(E e,long timeout,TimeUnit unit)E poll(long timeout,TimeUnit unit)

其中后面关于设置了时间的入队和出队操作，在时间到了之后如果还未执行成功，那么返回false和null。 

Deque接口

Deque是一个双端队列，既支持在队头执行入队出队，也支持在队尾执行出队。而Queue只支持在队头出队，在队尾入队。Deque增加的接口如下： 

队头入队队头出队队尾入队队尾出队队头检索队尾检索区别addFirst()removeFirst()addLast()removeLast()getFirst()getLast()在方法执行失败时会抛出异常offerFirst()pollFirst()offerLast()pollLast()peekFirst()peekLast()在方法执行失败时会返回false或者null

BlockingDeque接口

BlockingDeque在Deque的基础上增加了阻塞的方法，增加的方法如下： 

阻塞队头入队阻塞队头出队阻塞队尾入队阻塞队尾出队区别putFirst(E e)E takeFirst()putLast(E e)E takeLast()没有超时设置offerFirst(E e,long timeout,TimeUnit unit)E pollFirst(long timeout,TimeUnit unit)offerLast(E e,long timeout,TimeUnit unit)E pollLast(long timeout,TimeUnit unit)在超时之后，返回false或者null

各个实现类

• ArrayBlockingQueue： 一个基于数组实现的有界阻塞队列，必须设置容量
• LinkedBlockingQueue： 基于链表实现的阻塞队列，容量可以选择进行设置，不设置的话，将是一个无边界的阻塞队列
• PriorityBlockingQueue： 一个无界的阻塞队列，使用的排序规则和PriorityQueue类似并提供了阻塞操作 
• LinkedBlockingDeque: 一个基于双端链表的双端阻塞队列，容量可以选择进行设置 

总结

需要了解Queue、Deque、BlockingQueue、BlockingDeque四个接口中各个操作中各个方法的区别，比如入队，哪个方法在队列已满的情况会抛出异常，哪个方法会返回false，哪个方法又会阻塞等等。 下一篇博客将会介绍ArrayBlockingQueue，希望感兴趣的朋友继续关注。