引言

最近一個(gè)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(duì)列），今天就盤點(diǎn)一下這幾種阻塞隊(duì)列的優(yōu)缺點(diǎn)、區(qū)別，以及應(yīng)用場景。

常見的BlockingQueue有以下5種，下面會(huì)詳細(xì)介紹。

• ArrayBlockingQueue

基于數(shù)組實(shí)現(xiàn)的阻塞隊(duì)列，創(chuàng)建隊(duì)列時(shí)需指定容量大小，是有界隊(duì)列。

• LinkedBlockingQueue

基于鏈表實(shí)現(xiàn)的阻塞隊(duì)列，默認(rèn)是無界隊(duì)列，創(chuàng)建可以指定容量大小

• SynchronousQueue

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

• PriorityBlockingQueue

實(shí)現(xiàn)了優(yōu)先級(jí)的阻塞隊(duì)列，可以按照元素大小排序，是無界隊(duì)列

• DelayQueue

實(shí)現(xiàn)了延遲功能的阻塞隊(duì)列，基于PriorityQueue實(shí)現(xiàn)的，是無界隊(duì)列

BlockingQueue簡介

這幾種阻塞隊(duì)列都是實(shí)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(duì)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(huì)知道線程池的核心功能都是基于BlockingQueue實(shí)現(xiàn)的。

大家用過消息隊(duì)列（MessageQueue），就知道消息隊(duì)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(jī)器，而消息隊(duì)列相當(dāng)于分布式BlockingQueue。

BlockingQueue作為阻塞隊(duì)列，主要應(yīng)用于生產(chǎn)者-消費(fèi)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(fèi)者解耦的場景，生產(chǎn)者把數(shù)據(jù)放到隊(duì)列中，消費(fèi)者從隊(duì)列中取數(shù)據(jù)進(jìn)行消費(fèi)。兩者進(jìn)行解耦，不用感知對(duì)方的存在。
3. 應(yīng)對(duì)突發(fā)流量的場景，業(yè)務(wù)高峰期突然來了很多請(qǐng)求，可以放到隊(duì)列中緩存起來，消費(fèi)者以正常的頻率從隊(duì)列中拉取并消費(fèi)數(shù)據(jù)，起到削峰的作用。

BlockingQueue是個(gè)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(dāng)隊(duì)列滿的時(shí)候，再次添加數(shù)據(jù)，add()會(huì)拋出異常，offer()會(huì)返回false，put()會(huì)一直阻塞，offer(e, time, unit)會(huì)阻塞指定時(shí)間，然后返回false。
2. 當(dāng)隊(duì)列為空的時(shí)候，再次取數(shù)據(jù)，remove()會(huì)拋出異常，poll()會(huì)返回null，take()會(huì)一直阻塞，poll(time, unit)會(huì)阻塞指定時(shí)間，然后返回null。

ArrayBlockingQueue

1. ArrayBlockingQueue底層基于數(shù)組實(shí)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(shí)候，必須指定隊(duì)列長度，是有界的阻塞隊(duì)列，所以要預(yù)估好隊(duì)列長度，保證生產(chǎn)者和消費(fèi)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(shí)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(shí)候，如果不指定隊(duì)列長度，默認(rèn)長度是Integer最大值，相當(dāng)于無界隊(duì)列，有內(nèi)存溢出風(fēng)險(xiǎn)，建議初始化的時(shí)候指定隊(duì)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(shí)現(xiàn)，初始化的時(shí)候必須指定數(shù)組長度，無法擴(kuò)容。LinkedBlockingQueue底層基于鏈表實(shí)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(huì)隨著元素增加而改變。LinkedBlockingQueue會(huì)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(duì)和出隊(duì)共用一把鎖，并發(fā)較低。LinkedBlockingQueue入隊(duì)和出隊(duì)使用兩把獨(dú)立的鎖，并發(fā)情況下性能更高。
4. 公平鎖選項(xiàng)，ArrayBlockingQueue初始化的時(shí)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(duì)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(duì)列大小的場景，防止生產(chǎn)速度大于消費(fèi)速度的時(shí)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(dòng)擴(kuò)展消費(fèi)速度的場景。

SynchronousQueue

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

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

SynchronousQueue被稱為同步隊(duì)列，當(dāng)生產(chǎn)者往隊(duì)列中放元素的時(shí)候，必須等待消費(fèi)者把這個(gè)元素取走，否則一直阻塞。消費(fèi)者取元素的時(shí)候，同理也必須等待生產(chǎn)者放隊(duì)列中放元素。

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

PriorityBlockingQueue

由于PriorityQueue跟前幾個(gè)阻塞隊(duì)列不一樣，并沒有實(shí)現(xiàn)BlockingQueue接口，只是實(shí)現(xiàn)了Queue接口，所以PriorityQueue并不算阻塞隊(duì)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(shí)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(shí)現(xiàn)，實(shí)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(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了高效的插入和刪除。
3. PriorityQueue初始化的時(shí)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(dāng)數(shù)組容量小于64，采用2倍擴(kuò)容，否則采用1.5擴(kuò)容。
5. PriorityQueue每次都是從數(shù)組頭節(jié)點(diǎn)取元素，取之后需要調(diào)整最小堆。

DelayQueue

DelayQueue是一種本地延遲隊(duì)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(shí)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(shí)間排序任務(wù)的功能，實(shí)現(xiàn)了延遲隊(duì)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(duì)列的特性各不相同，在使用的時(shí)候該怎么選擇呢？我做了一張圖，供大家參考。

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