并发容器

a简介

java.util 包下提供了一些容器类（集合框架），其中 Vector 和 Hashtable 是线程安全的，但实现方式比较粗暴，通过在方法上加「sychronized」关键字实现。

但即便是 Vector 这样线程安全的类，在应对多线程的复合操作时也需要在客户端继续加锁以保证原子性。

。

阻塞队列

我们假设一种场景，生产者一直生产资源，消费者一直消费资源（后面会细讲，戳链接直达），资源存储在一个缓冲池中，生产者将生产的资源存进缓冲池中，消费者从缓冲池中拿到资源进行消费，这就是大名鼎鼎的生产者-消费者模式。

该模式能够简化开发过程，一方面消除了生产者类与消费者类之间的代码依赖性，另一方面将生产数据的过程与使用数据的过程解耦简化负载。

我们自己 coding 实现这个模式的时候，因为需要让多个线程操作共享变量（即资源），所以很容易引发线程安全问题，造成重复消费和死锁，尤其是生产者和消费者存在多个的情况。另外，当缓冲池空了，我们需要阻塞消费者，唤醒生产者；当缓冲池满了，我们需要阻塞生产者，唤醒消费者，这些个等待-唤醒逻辑都需要自己实现。

这么容易出错的事情，JDK 当然帮我们做啦，这就是阻塞队列（BlockingQueue），你只管往里面存、取就行，而不用担心多线程环境下存、取共享变量的线程安全问题。

BlockingQueue 是 Java util.concurrent 包下重要的数据结构，区别于普通的队列，BlockingQueue 提供了线程安全的队列访问方式，并发包下很多高级同步类的实现都是基于 BlockingQueue 实现的。

BlockingQueue 一般用于生产者-消费者模式，生产者是往队列里添加元素的线程，消费者是从队列里拿元素的线程。BlockingQueue 就是存放元素的容器。

BlockingQueue 的操作方法

阻塞队列提供了四组不同的方法用于插入、移除、检查元素：

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()	-	-

• 抛出异常：如果操作无法立即执行，会抛异常。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：如果操作无法立即执行，会返回一个特殊值，通常是 true / false。
• 一直阻塞：如果操作无法立即执行，则一直阻塞或者响应中断。
• 超时退出：如果操作无法立即执行，该方法调用将会发生阻塞，直到能够执行，但等待时间不会超过给定值。返回一个特定值以告知该操作是否成功，通常是 true / false。

注意：

• 不能往阻塞队列中插入 null，会抛出空指针异常。
• 可以访问阻塞队列中的任意元素，调用 remove(o)可以将队列之中的特定对象移除，但并不高效，尽量避免使用。

我们会在后面单独开一篇BlockingQueue来细讲，戳链接直达。

BlockingQueue 的实现类

ArrayBlockingQueue

由数组结构组成的有界阻塞队列。内部结构是数组，具有数组的特性。

public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair){
 //..省略代码
}

可以初始化队列大小，一旦初始化将不能改变。构造方法中的 fair 表示控制对象的内部锁是否采用公平锁，默认是非公平锁。

LinkedBlockingQueue

由链表结构组成的有界阻塞队列。内部结构是链表，具有链表的特性。默认队列的大小是Integer.MAX_VALUE，也可以指定大小。此队列按照先进先出的原则对元素进行排序。

DelayQueue

该队列中的元素只有当其指定的延迟时间到了，才能够从队列中获取到该元素。注入其中的元素必须实现 java.util.concurrent.Delayed 接口。

DelayQueue 是一个没有大小限制的队列，因此往队列中插入数据的操作（生产者）永远不会被阻塞，而只有获取数据的操作（消费者）才会被阻塞。

PriorityBlockingQueue

基于优先级的无界阻塞队列（优先级的判断通过构造函数传入的 Compator 对象来决定），内部控制线程同步的锁采用的是非公平锁。

网上大部分博客上PriorityBlockingQueue为公平锁，其实是不对的，查阅源码（感谢 github:ambition0802同学的指出）：

public PriorityBlockingQueue(int initialCapacity,
                                 Comparator<? super E> comparator) {
    this.lock = new ReentrantLock(); //默认构造方法-非公平锁
    ...//其余代码略
}

SynchronousQueue

这个队列比较特殊，没有任何内部容量，甚至连一个队列的容量都没有。并且每个 put 必须等待一个 take，反之亦然。

需要区别容量为 1 的 ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue。

以下方法的返回值，可以帮助理解这个队列：

• iterator() 永远返回空，因为里面没有东西
• peek() 永远返回 null
• put() 往 queue 放进去一个 element 以后就一直 wait 直到有其他 thread 进来把这个 element 取走。
• offer() 往 queue 里放一个 element 后立即返回，如果碰巧这个 element 被另一个 thread 取走了，offer 方法返回 true，认为 offer 成功；否则返回 false。
• take() 取出并且 remove 掉 queue 里的 element，取不到东西他会一直等。
• poll() 取出并且 remove 掉 queue 里的 element，只有到碰巧另外一个线程正在往 queue 里 offer 数据或者 put 数据的时候，该方法才会取到东西。否则立即返回 null。
• isEmpty() 永远返回 true
• remove()&removeAll() 永远返回 false

注意

PriorityBlockingQueue不会阻塞数据生产者（因为队列是无界的），而只会在没有可消费的数据时阻塞数据的消费者。因此使用的时候要特别注意，**生产者生产数据的速度绝对不能快于消费者消费数据的速度，否则时间一长，会最终耗尽所有的可用堆内存空间。**对于使用默认大小的**LinkedBlockingQueue**也是一样的。

w