阻塞队列 BlockingQueue
什么是阻塞队列
BlockingQueue是 Java 并发包（java.util.concurrent）中的核心接口，它继承自Queue，支持在队列满时阻塞插入操作、在队列空时阻塞移除操作。它是实现生产者-消费者模式的标准工具。
核心特性
| 操作类型 | 抛出异常 | 返回特殊值 | 阻塞等待 | 超时退出 |
|---|---|---|---|---|
| 插入 | add(e) | offer(e) | put(e) | offer(e, time, unit) |
| 移除 | remove() | poll() | take() | poll(time, unit) |
| 检查 | element() | peek() | 不可用 | 不可用 |
主要实现类
1.ArrayBlockingQueue— 有界数组队列
// 基于数组的有界阻塞队列，FIFOBlockingQueue<String>queue=newArrayBlockingQueue<>(100);// 公平锁模式（可选）：按等待时间排序获取锁BlockingQueue<String>fairQueue=newArrayBlockingQueue<>(100,true);- 底层：循环数组 + 单锁（ReentrantLock）
- 特点：必须指定容量，内存紧凑，适合固定容量场景
2.LinkedBlockingQueue— 链表队列
// 无界队列（默认 Integer.MAX_VALUE）BlockingQueue<String>unbounded=newLinkedBlockingQueue<>();// 有界队列BlockingQueue<String>bounded=newLinkedBlockingQueue<>(1000);- 底层：单向链表 + 双锁（队头锁 + 队尾锁）
- 特点：吞吐量通常高于 ArrayBlockingQueue，无界时注意内存溢出
3.PriorityBlockingQueue— 优先级队列
BlockingQueue<Task>queue=newPriorityBlockingQueue<>(100,Comparator.comparing(Task::getPriority).reversed());- 底层：堆数组 + 单锁
- 特点：元素必须实现
Comparable或提供Comparator
4.DelayQueue— 延迟队列
BlockingQueue<DelayedTask>queue=newDelayQueue<>();// 元素必须实现 Delayed 接口- 特点：元素只有到期后才能被取出，常用于缓存过期、定时任务
5.SynchronousQueue— 同步队列
BlockingQueue<String>queue=newSynchronousQueue<>();- 特点：不存储元素，每个插入必须等待一个移除，反之亦然
- 吞吐量最高，用于直接传递场景
6.LinkedTransferQueue— 传输队列（Java 7+）
TransferQueue<String>queue=newLinkedTransferQueue<>();// 特有方法：直接传递，避免入队queue.transfer("item");// 阻塞直到被消费queue.tryTransfer("item");// 立即返回- 特点：结合了 SynchronousQueue 和 LinkedBlockingQueue 的优势
经典生产者-消费者示例
publicclassProducerConsumer{privatestaticfinalBlockingQueue<Integer>queue=newLinkedBlockingQueue<>(10);staticclassProducerimplementsRunnable{publicvoidrun(){try{for(inti=0;i<100;i++){queue.put(i);// 队列满时自动阻塞System.out.println("生产: "+i);}}catch(InterruptedExceptione){Thread.currentThread().interrupt();}}}staticclassConsumerimplementsRunnable{publicvoidrun(){try{while(!Thread.interrupted()){Integeritem=queue.take();// 队列空时自动阻塞System.out.println("消费: "+item);}}catch(InterruptedExceptione){Thread.currentThread().interrupt();}}}publicstaticvoidmain(String[]args){ExecutorServiceexecutor=Executors.newFixedThreadPool(2);executor.submit(newProducer());executor.submit(newConsumer());executor.shutdown();}}选择指南
| 场景 | 推荐实现 |
|---|---|
| 固定容量、内存敏感 | ArrayBlockingQueue |
| 高并发、双锁优化 | LinkedBlockingQueue |
| 任务优先级调度 | PriorityBlockingQueue |
| 定时/延迟任务 | DelayQueue |
| 直接传递、无缓冲 | SynchronousQueue |
| 需要直接传递语义 | LinkedTransferQueue |
线程池中的应用
Java 线程池的核心组件就是阻塞队列：
ThreadPoolExecutorexecutor=newThreadPoolExecutor(5,// 核心线程数10,// 最大线程数60L,TimeUnit.SECONDS,// 空闲线程存活时间newLinkedBlockingQueue<>(100),// 任务队列newThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()// 拒绝策略);阻塞队列是 Java 并发编程的基础设施，理解其特性和适用场景对编写高效、可靠的并发程序至关重要。