java 中阻塞队列非阻塞队列和普通队列的区别

灰太狼 2022-05-16 10:22 206阅读 0赞

转载自 [https://blog.csdn.net/u012881904/article/details/51491736][https_blog.csdn.net_u012881904_article_details_51491736]

阻塞队列与普通队列的区别在于，当队列是空的时，从队列中获取元素的操作将会被阻塞，或者当队列是满时，往队列里添加元素的操作会被阻塞。试图从空的阻塞队列中获取元素的线程将会被阻塞，直到其他的线程往空的队列插入新的元素。同样，试图往已满的阻塞队列中添加新元素的线程同样也会被阻塞，直到其他的线程使队列重新变得空闲起来，如从队列中移除一个或者多个元素，或者完全清空队列.

1.ArrayDeque, （数组双端队列）   
2.PriorityQueue, （优先级队列）   
3.ConcurrentLinkedQueue, （基于链表的并发队列）   
4.DelayQueue, （延期阻塞队列）（阻塞队列实现了BlockingQueue接口）   
5.ArrayBlockingQueue, （基于数组的并发阻塞队列）   
6.LinkedBlockingQueue, （基于链表的FIFO阻塞队列）   
7.LinkedBlockingDeque, （基于链表的FIFO双端阻塞队列）   
8.PriorityBlockingQueue, （带优先级的无界阻塞队列）   
9.SynchronousQueue （并发同步阻塞队列）

# 阻塞队列和生产者-消费者模式 #

阻塞队列（Blocking queue）提供了可阻塞的put和take方法，它们与可定时的offer和poll是等价的。如果Queue已经满了，put方法会被阻塞直到有空间可用；如果Queue是空的，那么take方法会被阻塞，直到有元素可用。Queue的长度可以有限，也可以无限；无限的Queue永远不会充满，所以它的put方法永远不会阻塞。

阻塞队列支持生产者-消费者设计模式。一个生产者-消费者设计分离了“生产产品”和“消费产品”。该模式不会发现一个工作便立即处理，而是把工作置于一个任务（“to do”）清单中，以备后期处理。生产者-消费者模式简化了开发，因为它解除了生产者和消费者之间相互依赖的代码。生产者和消费者以不同的或者变化的速度生产和消费数据，生产者-消费者模式将这些活动解耦，因而简化了工作负荷的管理。

生产者-消费者设计是围绕阻塞队列展开的，生产者把数据放入队列，并使数据可用，当消费者为适当的行为做准备时会从队列中获取数据。生产者不需要知道消费者的省份或者数量，甚至根本没有消费者—它们只负责把数据放入队列。类似地，消费者也不需要知道生产者是谁，以及是谁给它们安排的工作。BlockingQueue可以使用任意数量的生产者和消费者，从而简化了生产者-消费者设计的实现。最常见的生产者-消费者设计是将线程池与工作队列相结合。

阻塞队列简化了消费者的编码，因为take会保持阻塞直到可用数据出现。如果生产者不能足够快地产生工作，让消费者忙碌起来，那么消费者只能一直等待，直到有工作可做。同时，put方法的阻塞特性也大大地简化了生产者的编码；如果使用一个有界队列，那么当队列充满的时候，生产者就会阻塞，暂不能生成更多的工作，从而给消费者时间来赶进进度。

有界队列是强大的资源管理工具，用来建立可靠的应用程序：它们遏制那些可以产生过多工作量、具有威胁的活动，从而让你的程序在面对超负荷工作时更加健壮。

虽然生产者-消费者模式可以把生产者和消费者的代码相互解耦合，但是它们的行为还是间接地通过共享队列耦合在一起了

类库中包含一些BlockingQueue的实现，其中LinkedBlockingQueue和ArrayBlockingQueue是FIFO队列，与 LinkedList和ArrayList相似，但是却拥有比同步List更好的并发性能。PriorityBlockingQueue是一个按优先级顺序排序的队列，当你不希望按照FIFO的属性处理元素时，这个PriorityBolckingQueue是非常有用的。正如其他排序的容器一样，PriorityBlockingQueue可以比较元素本身的自然顺序（如果它们实现了Comparable），也可以使用一个 Comparator进行排序。

最后一个**BlockingQueue的实现是SynchronousQueue**，它根本上不是一个真正的队列，因为它不会为队列元素维护任何存储空间。不过，它维护一个排队的线程清单，这些线程等待把元素加入（enqueue）队列或者移出（dequeue）队列。因为SynchronousQueue没有存储能力，所以除非另一个线程已经准备好参与移交工作，否则put和take会一直阻止。SynchronousQueue这类队列只有在消费者充足的时候比较合适，它们总能为下一个任务作好准备。

# 非阻塞算法 #

基于锁的算法会带来一些活跃度失败的风险。如果线程在持有锁的时候因为阻塞I/O，页面错误，或其他原因发生延迟，很可能所有的线程都不能前进了。   
一个线程的失败或挂起不应该影响其他线程的失败或挂起，这样的算法成为非阻塞（nonblocking）算法；如果算法的每一个步骤中都有一些线程能够继续执行，那么这样的算法称为锁自由（lock-free）算法。在线程间使用CAS进行协调，这样的算法如果能构建正确的话，它既是非阻塞的，又是锁自由的。非竞争的CAS总是能够成功，如果多个线程以一个CAS竞争，总会有一个胜出并前进。非阻塞算法堆死锁和优先级倒置有“免疫性”（但它们可能会出现饥饿和活锁，因为它们允许重进入）。

非阻塞算法通过**使用低层次的并发原语，比如比较交换，取代了锁**。原子变量类向用户提供了这些底层级原语，也能够当做“更佳的volatile变量”使用，同时提供了整数类和对象引用的原子化更新操作。

![70][]![70 1][]

[https_blog.csdn.net_u012881904_article_details_51491736]: https://blog.csdn.net/u012881904/article/details/51491736
[70]: https://img-blog.csdn.net/2018061719322414?watermark/2/text/aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM3MjkzMjMw/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70
[70 1]: /images/20220516/ab0df1de898541d490433b06c530ed9d.png