Java阻塞队列是Java多线程并发编程的重要功能，下面就全面来详解Java阻塞队列的特点以及种类@mikechen
Java阻塞队列定义
Java中的阻塞队列，全称是Java Blocking Queue，是一种线程安全的队列实现，它提供了在队列为空或已满时进行阻塞等待的特性。
举个例子来说明一下吧：我们去餐馆吃饭，万一这家店生意好餐馆挤满了人，这时候肯定不能把顾客赶出去，于是餐馆就在旁边设置了一个休息等待区，这就是一个阻塞队列了。
Java阻塞队列原理
Java阻塞队列的实现原理，主要包含如下5大部分：
1.底层数据结构
阻塞队列的底层通常采用数组或链表等数据结构。
比如：ArrayBlockingQueue使用数组，而LinkedBlockingQueue使用链表。
2.锁与条件变量
阻塞队列的实现通常使用锁和条件变量来控制并发访问，锁用于确保在对队列进行操作时的线程安全性，条件变量用于在队列为空或已满时进行阻塞和唤醒。
3.put 和 take 操作
阻塞队列的put操作（将元素放入队列）和take操作（从队列中取出元素）是核心操作。
当队列满或空时，对应的操作会阻塞等待，直到满足条件。
4.阻塞和唤醒
在队列为空或已满时，线程会被阻塞。
5.CAS（Compare and Swap）操作
一些实现中可能使用了CAS操作来进行非阻塞的并发控制，从而提高性能，这通常用于无界队列。
Java阻塞队列有哪些
在Java中，主要的阻塞队列实现类包括：
1.ArrayBlockingQueue
这是一个基于数组实现的有界阻塞队列，需要指定队列的容量。
如下所示：
import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.BlockingQueue;
public class ArrayBlockingQueueExample {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
BlockingQueue<Integer> queue = new ArrayBlockingQueue<>(5); // 创建容量为5的有界阻塞队列
// 生产者线程
Thread producer = new Thread(() -> {
try {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
queue.put(i); // 将元素放入队列，如果队列已满会阻塞等待
System.out.println("Produced: " + i);
}
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
}
});
// 消费者线程
Thread consumer = new Thread(() -> {
try {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
int value = queue.take(); // 从队列中取出元素，如果队列为空会阻塞等待
System.out.println("Consumed: " + value);
}
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
}
});
producer.start();
consumer.start();
producer.join();
consumer.join();
}
}
当队列已满时，生产者线程将会阻塞直到有空间可用，当队列为空时，消费者线程将会阻塞直到有元素可消费。
2.LinkedBlockingQueue
基于链表实现的可选有界或无界阻塞队列。
如下所示：
import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
public class LinkedBlockingQueueExample {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
BlockingQueue<String> queue = new LinkedBlockingQueue<>(); // 创建无界阻塞队列
// 生产者线程
Thread producer = new Thread(() -> {
try {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
queue.put("Item " + i); // 放入元素，无界队列不会阻塞
System.out.println("Produced: Item " + i);
}
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
}
});
// 消费者线程
Thread consumer = new Thread(() -> {
try {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
String item = queue.take(); // 取出元素，如果队列为空会阻塞等待
System.out.println("Consumed: " + item);
}
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
}
});
producer.start();
consumer.start();
producer.join();
consumer.join();
}
}
如果初始化时指定容量，则是有界的。如果没有指定容量，则默认为无界队列。
3.PriorityBlockingQueue
这是一个基于优先级堆实现的无界阻塞队列，元素根据优先级顺序进行排列
如下所示：
import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.PriorityBlockingQueue;
public class PriorityBlockingQueueExample {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
BlockingQueue<Integer> queue = new PriorityBlockingQueue<>(); // 创建无界优先级阻塞队列
// 生产者线程
Thread producer = new Thread(() -> {
try {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
queue.put(i); // 放入元素，会根据优先级进行排序
System.out.println("Produced: " + i);
}
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
}
});
// 消费者线程
Thread consumer = new Thread(() -> {
try {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
int value = queue.take(); // 取出元素，如果队列为空会阻塞等待
System.out.println("Consumed: " + value);
}
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
}
});
producer.start();
consumer.start();
producer.join();
consumer.join();
}
}
4.DelayQueue
支持延迟操作的阻塞队列，用于定时任务调度。
5.SynchronousQueue
容量为1的阻塞队列，用于直接传递元素。
当生产者线程放入一个元素后，它会等待消费者线程将元素取走，反之亦然。
6.LinkedTransferQueue
无界阻塞队列，支持异步传输。
它支持异步传输，即在元素未被消费之前，生产者和消费者线程可以异步执行。
Java阻塞队列使用场景
- 生产者-消费者模式： 阻塞队列非常适合实现生产者-消费者模式，其中生产者线程将数据放入队列，而消费者线程从队列中取出数据，以实现线程之间的解耦。
- 线程池： 阻塞队列常用于线程池的任务队列，用于存放等待执行的任务，保证线程池中的线程不会无限制地增长，同时控制任务的执行速度。
- 定时任务调度： DelayQueue可以用于实现定时任务调度，其中任务将在指定的延迟时间之后被执行。
- 多线程协调： 在多线程协调和通信的场景中，阻塞队列可以作为中介，帮助线程之间进行数据交换和通信。
- 数据缓冲： 阻塞队列可以用于实现数据缓冲，让生产者和消费者之间的速度差异得到平衡。
总之，Java阻塞队列在需要协调多线程工作、平衡资源利用、控制并发访问等方面都发挥着重要的作用。