引言

最近一個月一直在更新《解讀Java源碼專欄》，其中跟大家一起剖析了Java的常見的5種BlockingQueue（阻塞隊列），今天就盤點一下這幾種阻塞隊列的優(yōu)缺點、區(qū)別，以及應(yīng)用場景。

常見的BlockingQueue有以下5種，下面會詳細介紹。

• ArrayBlockingQueue

基于數(shù)組實現(xiàn)的阻塞隊列，創(chuàng)建隊列時需指定容量大小，是有界隊列。

• LinkedBlockingQueue

基于鏈表實現(xiàn)的阻塞隊列，默認是無界隊列，創(chuàng)建可以指定容量大小

• SynchronousQueue

一種沒有緩沖的阻塞隊列，生產(chǎn)出的數(shù)據(jù)需要立刻被消費

• PriorityBlockingQueue

實現(xiàn)了優(yōu)先級的阻塞隊列，可以按照元素大小排序，是無界隊列

• DelayQueue

實現(xiàn)了延遲功能的阻塞隊列，基于PriorityQueue實現(xiàn)的，是無界隊列

BlockingQueue簡介

這幾種阻塞隊列都是實現(xiàn)了BlockingQueue接口，在日常開發(fā)中，我們好像很少用到BlockingQueue（阻塞隊列），BlockingQueue到底有什么作用？應(yīng)用場景是什么樣的？

如果使用過線程池或者閱讀過線程池源碼，就會知道線程池的核心功能都是基于BlockingQueue實現(xiàn)的。

大家用過消息隊列（MessageQueue），就知道消息隊列作用是解耦、異步、削峰。同樣BlockingQueue的作用也是這三種，區(qū)別是BlockingQueue只作用于本機器，而消息隊列相當于分布式BlockingQueue。

BlockingQueue作為阻塞隊列，主要應(yīng)用于生產(chǎn)者-消費者模式的場景，在并發(fā)多線程中尤其常用。

1. 比如像線程池中的任務(wù)調(diào)度場景，提交任務(wù)和拉取并執(zhí)行任務(wù)。
2. 生產(chǎn)者與消費者解耦的場景，生產(chǎn)者把數(shù)據(jù)放到隊列中，消費者從隊列中取數(shù)據(jù)進行消費。兩者進行解耦，不用感知對方的存在。
3. 應(yīng)對突發(fā)流量的場景，業(yè)務(wù)高峰期突然來了很多請求，可以放到隊列中緩存起來，消費者以正常的頻率從隊列中拉取并消費數(shù)據(jù)，起到削峰的作用。

BlockingQueue是個接口，定義了幾組放數(shù)據(jù)和取數(shù)據(jù)的方法，來滿足不同的場景。

這四組方法的區(qū)別是：

1. 當隊列滿的時候，再次添加數(shù)據(jù)，add()會拋出異常，offer()會返回false，put()會一直阻塞，offer(e, time, unit)會阻塞指定時間，然后返回false。
2. 當隊列為空的時候，再次取數(shù)據(jù)，remove()會拋出異常，poll()會返回null，take()會一直阻塞，poll(time, unit)會阻塞指定時間，然后返回null。

ArrayBlockingQueue

1. ArrayBlockingQueue底層基于數(shù)組實現(xiàn)，采用循環(huán)數(shù)組，提升了數(shù)組的空間利用率。
2. ArrayBlockingQueue初始化的時候，必須指定隊列長度，是有界的阻塞隊列，所以要預(yù)估好隊列長度，保證生產(chǎn)者和消費者速率相匹配。
3. ArrayBlockingQueue的方法是線程安全的，使用ReentrantLock在操作前后加鎖來保證線程安全。

LinkedBlockingQueue

1. LinkedBlockingQueue底層基于鏈表實現(xiàn)，支持從頭部彈出數(shù)據(jù)，從尾部添加數(shù)據(jù)。
2. LinkedBlockingQueue初始化的時候，如果不指定隊列長度，默認長度是Integer最大值，相當于無界隊列，有內(nèi)存溢出風(fēng)險，建議初始化的時候指定隊列長度。
3. LinkedBlockingQueue的方法是線程安全的，分別使用了讀寫兩把鎖，比ArrayBlockingQueue性能更好。

與ArrayBlockingQueue區(qū)別是：

1. 底層結(jié)構(gòu)不同，ArrayBlockingQueue底層基于數(shù)組實現(xiàn)，初始化的時候必須指定數(shù)組長度，無法擴容。LinkedBlockingQueue底層基于鏈表實現(xiàn)，鏈表最大長度是Integer最大值。
2. 占用內(nèi)存大小不同，ArrayBlockingQueue一旦初始化，數(shù)組長度就確定了，不會隨著元素增加而改變。LinkedBlockingQueue會隨著元素越多，鏈表越長，占用內(nèi)存越大。
3. 性能不同，ArrayBlockingQueue的入隊和出隊共用一把鎖，并發(fā)較低。LinkedBlockingQueue入隊和出隊使用兩把獨立的鎖，并發(fā)情況下性能更高。
4. 公平鎖選項，ArrayBlockingQueue初始化的時候，可以指定使用公平鎖或者非公平鎖，公平鎖模式下，可以按照線程等待的順序來操作隊列。LinkedBlockingQueue只支持非公平鎖。
5. 適用場景不同，ArrayBlockingQueue適用于明確限制隊列大小的場景，防止生產(chǎn)速度大于消費速度的時候，造成內(nèi)存溢出、資源耗盡。LinkedBlockingQueue適用于業(yè)務(wù)高峰期可以自動擴展消費速度的場景。

SynchronousQueue

無論是ArrayBlockingQueue還是LinkedBlockingQueue都是起到緩沖隊列的作用，當消費者的消費速度跟不上時，任務(wù)就在隊列中堆積，需要等待消費者慢慢消費。

如果我們想要自己的任務(wù)快速執(zhí)行，不要積壓在隊列中，該怎么辦？這時候就可以使用SynchronousQueue了。

SynchronousQueue被稱為同步隊列，當生產(chǎn)者往隊列中放元素的時候，必須等待消費者把這個元素取走，否則一直阻塞。消費者取元素的時候，同理也必須等待生產(chǎn)者放隊列中放元素。

1. SynchronousQueue底層有兩種實現(xiàn)方式，分別是基于棧實現(xiàn)非公平策略，以及基于隊列實現(xiàn)的公平策略。
2. SynchronousQueue初始化的時候，可以指定使用公平策略還是非公平策略。
3. SynchronousQueue不存儲元素，不適合作為緩存隊列使用。適用于生產(chǎn)者與消費者速度相匹配的場景，可減少任務(wù)執(zhí)行的等待時間。

PriorityBlockingQueue

由于PriorityQueue跟前幾個阻塞隊列不一樣，并沒有實現(xiàn)BlockingQueue接口，只是實現(xiàn)了Queue接口，所以PriorityQueue并不算阻塞隊列。Queue接口中定義了幾組放數(shù)據(jù)和取數(shù)據(jù)的方法，來滿足不同的場景。

1. PriorityQueue實現(xiàn)了Queue接口，提供了兩組放數(shù)據(jù)和讀數(shù)據(jù)的方法，來滿足不同的場景。
2. PriorityQueue底層基于數(shù)組實現(xiàn)，實現(xiàn)了按照元素值大小排序的功能，內(nèi)部按照最小堆存儲，實現(xiàn)了高效的插入和刪除。
3. PriorityQueue初始化的時候，可以指定數(shù)組長度和自定義比較器。
4. PriorityQueue初始容量是11，當數(shù)組容量小于64，采用2倍擴容，否則采用1.5擴容。
5. PriorityQueue每次都是從數(shù)組頭節(jié)點取元素，取之后需要調(diào)整最小堆。

DelayQueue

DelayQueue是一種本地延遲隊列，比如希望我們的任務(wù)在5秒后執(zhí)行，就可以使用DelayQueue實現(xiàn)。常見的使用場景有：

• 訂單10分鐘內(nèi)未支付，就取消。
• 緩存過期后，就刪除。
• 消息的延遲發(fā)送等。

1. DelayQueue底層采用組合的方式，復(fù)用PriorityQueue的按照延遲時間排序任務(wù)的功能，實現(xiàn)了延遲隊列。
2. DelayQueue是線程安全的，內(nèi)部使用ReentrantLock加鎖。

總結(jié)

這5種阻塞隊列的特性各不相同，在使用的時候該怎么選擇呢？我做了一張圖，供大家參考。

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