Java 中的 BlockingQueue

在直接深入“阻塞队列”主题之前，让我们先简要了解一下队列。队列是一个有序的对象列表，插入发生在列表的末尾，而删除发生在列表的开头。因此，也说队列是基于 FIFO（先进先出）原则的。

阻塞队列是一种额外支持操作的队列，当尝试检索元素时，它会等待队列非空，当要将元素插入队列时，它会等待队列变为空。Java 1.5 提供了对 BlockingQueue 接口以及其他并发实用类别的支持。

关于阻塞队列的一些要点：

• 阻塞队列可能有一个剩余容量，超过该容量，在不阻塞的情况下将无法插入任何元素。
• 与阻塞队列相关的所有实现都是线程安全的。所有方法都通过内部锁或其他形式的并发控制来实现其事件。
• 阻塞队列不允许包含 null 元素。如果尝试添加 null 值，实现将抛出 NullPointerException。
• Java 5 在 java.util.concurrent 包中提供了 BlockingQueue 的实现。

BlockingQueue 实现类

由于 BlockingQueue 是一个接口，因此无法直接提供 BlockingQueue 的实例，要实现 BlockingQueue，我们需要创建实现它的类。

1. ArrayBlockingQueue
2. DelayQueue
3. LinkedBlockingDeque
4. LinkedBlockingQueue
5. LinkedTransferQueue
6. PriorityBlockingQueue
7. SynchronousQueue

LinkedBlockingQueue 和 ArrayBlockingQueue 是用于实现 BlockingDeque 类的类。这两个类分别是 BlockingDeque 和链表数据结构的组合，以及 BlockingDeque 和数组的组合。

使用 BlockingQueue 的语法

我们使用 import 语句来使用上述类，并导入 java.util.concurrent.BlockingQueue 包。

声明一个 BlockingQueue

使用 LinkedBlockingDeque 创建 BlockingQueue 类的对象

使用 ArrayBlockingQueue 创建 BlockingQueue 类的对象

BlockingQueue 接口的方法

在 BlockingQueue 的实现中有三类方法：

1. 抛出异常的方法

1. add( )：它将一个元素插入到 BlockingQueue 的队列末尾。当队列已满时，它会抛出异常。
2. element( )：它返回队列的顶部或头部。如果队列为空，它会抛出异常。
3. remove( )：它从 BlockingQueue 中删除一个元素。如果队列为空，它会抛出异常。

2. 返回某些值的方法

i. offer( )：它将指定的元素插入到 BlockingQueue 的队列末尾。如果队列已满，则返回 false。该方法还可以与超时一起使用，即可以将时间单位作为参数传递。

例如

此处，value 是要插入到队列中的元素。上述方法将尝试将元素插入 BlockingQueue 100 毫秒。如果元素在 100 毫秒内无法插入，则方法返回 false。

peek( )：它返回 BlockingQueue 的顶部或头部。如果队列为空，则返回 null。

poll( )：它从 BlockingQueue 中删除一个元素。如果队列为空，则返回 null。它也可以与超时一起使用，即可以将时间单位作为参数传递。

3. 阻塞操作的方法

1. put( )：该方法将一个元素插入到 BlockingQueue。如果队列已满，put() 方法将等待直到队列有足够的可用空间来插入元素。
2. take( )：该方法从 BlockingQueue 中删除并返回一个元素。如果队列为空，take() 方法将等待直到队列中有元素可供删除。

BlockingQueue 类型

阻塞队列有两种类型：

1. 无界队列：无界阻塞队列是永不阻塞的队列，因为它的尺寸可以增长到非常大的尺寸。BlockingQueue 的容量将被设置为 Integer.MAX_VALUE。当添加元素时，无界队列的尺寸会增长。

语法

2. 有界队列：另一种类型的阻塞队列是有界队列。可以通过将队列的容量传递给队列的构造函数来创建它。

语法

示例

让我们看一个解释阻塞队列概念的例子。

输出

Content of BLockingQueue : [ A ,  B ,  C ,  D ,  E ,  F ,  G ]
The number removed is :  A 
Content of BLockingQueue after deleting one element : [ B ,  C ,  D ,  E ,  F ,  G ]    

基本操作

让我们更广泛地了解可以在阻塞队列上执行的不同操作：

1. 添加元素
2. 访问元素
3. 删除元素
4. 遍历元素

1. 添加元素

我们可以以不同的方式将元素添加到“LinkedBlockedDeque”中，具体取决于我们试图将其用作的结构类型。将元素添加到双端队列末尾的最常用方法是“add()”方法。还有一个名为“addAll()”的函数，用于将整个元素集合添加到 LinkedBlockingDeque。为了使用双端队列作为队列，可以在程序中使用“add()”和“put()”等函数。

示例

输出

 Contents of Blocking Queue : [ A ,  B ,  C ,  D ,  E ]
 Contents of another Blocking Queue : [ A ,  B ,  C ,  D ,  E ]    

2. 访问元素

我们可以使用 contains()、element()、peek()、poll() 等方法来访问“LinkedBlockingDeque”的元素。

示例

输出

The contents of the Linked Blocking Queue is : 
   [ A ,  B ,  C ,  D ,  E ]
   Yayy! Element C successfully founded in the queue 
   The top element of the queue is :  A   

3. 删除元素

可以使用 remove() 从 LinkedBlockingDeque 中删除元素。take() 和 poll() 等方法也可以用于删除第一个和最后一个元素。

示例

输出

The content of LinkedBlockingDeque is : 
    [ A ,  B ,  C ,  D ,  E ]
    The content of the LinkedBlockingDeque after removing elements is : 
    [ A ,  B ,  D ]  

4. 遍历元素

为了遍历“LinkedBlockingDeque”的元素，我们可以创建一个迭代器，并使用 Iterable 接口的方法（它是 Java Collection Framework 的根）来访问元素。Iterable 的“next()”方法返回任何集合的元素。

输出

The content of the Linked Blocking Deque is : 
 A   B   C   D   E      

BlockingQueue 方法

BlockingQueue 方法的行为

BlockingQueue 提供了一些用于对阻塞队列执行插入、删除和检查操作的方法。如果请求的操作未立即满足，四组方法中的每一组都具有不同的行为。

1. 抛出异常：如果请求的操作未立即满足，将抛出异常。
2. 特殊值：如果操作未立即满足，将返回一个特殊值。
3. 阻塞：如果尝试的操作未立即满足，则方法调用将被阻塞，并等待其执行。
4. 超时：返回特殊值以确定操作是否成功。如果请求的操作未立即发生，则方法调用将阻塞直到其发生，但等待时间不超过指定时间。