BlockingQueue

 在新增的Concurrent包中，BlockingQueue很好的解决了多线程中，如何高效安全“传输”数据的问题。通过这些高效并且线程安全的队列类，为我们快速搭建高质量的多线程程序带来极大的便利。本文详细介绍了BlockingQueue家庭中的所有成员，包括他们各自的功能以及常见使用场景。
认识BlockingQueue
阻塞队列，顾名思义，首先它是一个队列，而一个队列在数据结构中所起的作用大致如下图所示：



从上图我们可以很清楚看到，通过一个共享的队列，可以使得数据由队列的一端输入，从另外一端输出；

常用的队列主要有以下两种：（当然通过不同的实现方式，还可以延伸出很多不同类型的队列，DelayQueue就是其中的一种）

　　先进先出（FIFO）：先插入的队列的元素也最先出队列，类似于排队的功能。从某种程度上来说这种队列也体现了一种公平性。

　　后进先出（LIFO）：后插入队列的元素最先出队列，这种队列优先处理最近发生的事件。

      多线程环境中，通过队列可以很容易实现数据共享，比如经典的“生产者”和“消费者”模型中，通过队列可以很便利地实现两者之间的数据共享。假设我们有若干生产者线程，另外又有若干个消费者线程。如果生产者线程需要把准备好的数据共享给消费者线程，利用队列的方式来传递数据，就可以很方便地解决他们之间的数据共享问题。但如果生产者和消费者在某个时间段内，万一发生数据处理速度不匹配的情况呢？理想情况下，如果生产者产出数据的速度大于消费者消费的速度，并且当生产出来的数据累积到一定程度的时候，那么生产者必须暂停等待一下（阻塞生产者线程），以便等待消费者线程把累积的数据处理完毕，反之亦然。然而，在concurrent包发布以前，在多线程环境下，我们每个程序员都必须去自己控制这些细节，尤其还要兼顾效率和线程安全，而这会给我们的程序带来不小的复杂度。好在此时，强大的concurrent包横空出世了，而他也给我们带来了强大的BlockingQueue。（在多线程领域：所谓阻塞，在某些情况下会挂起线程（即阻塞），一旦条件满足，被挂起的线程又会自动被唤醒）

下面两幅图演示了BlockingQueue的两个常见阻塞场景：


　　　　　　　如上图所示：当队列中没有数据的情况下，消费者端的所有线程都会被自动阻塞（挂起），直到有数据放入队列。



　　　如上图所示：当队列中填满数据的情况下，生产者端的所有线程都会被自动阻塞（挂起），直到队列中有空的位置，线程被自动唤醒。

     这也是我们在多线程环境下，为什么需要BlockingQueue的原因。作为BlockingQueue的使用者，我们再也不需要关心什么时候需要阻塞线程，什么时候需要唤醒线程，因为这一切BlockingQueue都给你一手包办了。既然BlockingQueue如此神通广大，让我们一起来见识下它的常用方法：
BlockingQueue的核心方法：
放入数据：

　　offer(anObject):表示如果可能的话,将anObject加到BlockingQueue里,即如果BlockingQueue可以容纳,

　　　　则返回true,否则返回false.（本方法不阻塞当前执行方法的线程）

　　offer(E o, long timeout, TimeUnit unit),可以设定等待的时间，如果在指定的时间内，还不能往队列中

　　　　加入BlockingQueue，则返回失败。

　　put(anObject):把anObject加到BlockingQueue里,如果BlockQueue没有空间,则调用此方法的线程被阻断

　　　　直到BlockingQueue里面有空间再继续.
获取数据：

　　poll(time):取走BlockingQueue里排在首位的对象,若不能立即取出,则可以等time参数规定的时间,

　　　　取不到时返回null;

　　poll(long timeout, TimeUnit unit)：从BlockingQueue取出一个队首的对象，如果在指定时间内，

　　　　队列一旦有数据可取，则立即返回队列中的数据。否则知道时间超时还没有数据可取，返回失败。

　　take():取走BlockingQueue里排在首位的对象,若BlockingQueue为空,阻断进入等待状态直到

　　　　BlockingQueue有新的数据被加入; 

　　drainTo():一次性从BlockingQueue获取所有可用的数据对象（还可以指定获取数据的个数）， 

　　　　通过该方法，可以提升获取数据效率；不需要多次分批加锁或释放锁。
常见BlockingQueue
在了解了BlockingQueue的基本功能后，让我们来看看BlockingQueue家庭大致有哪些成员？ 


 
BlockingQueue成员详细介绍

1. ArrayBlockingQueue
ArrayBlockingQueue是对BlockingQueue的一个数组实现，它使用一把全局的锁并行对queue的读写操作，同时使用两个Condition阻塞容量为空时的取操作和容量满时的写操作,是一个典型的有界缓存区，固定大小的数组在其保持生产者插入的元素和使用者提取的元素。

二、具体实现

    ArrayBlockingQueue底层定义如下：

 

Java代码

public class ArrayBlockingQueue<E> extends AbstractQueue<E>   

        implements BlockingQueue<E>, java.io.Serializable {   

  

    // 使用循环数组来实现queue，初始时takeIndex和putIndex均为0   

    private final E[] items;   

    private transient int takeIndex;   

    private transient int putIndex;   

    private int count;   

  

    // 用于并发的锁和条件   

   private final ReentrantLock lock;   

    private final Condition notEmpty;   

    private final Condition notFull;   

  

      

    final int inc(int i) {   

        return (++i == items.length)? 0 : i;   

    }   

  

    public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair) {   

        if (capacity <= 0)   

            throw new IllegalArgumentException();   

        this.items = (E[]) new Object[capacity];   

        // 分配锁及该锁上的condition   

        lock = new ReentrantLock(fair);   

        notEmpty = lock.newCondition();   

        notFull =  lock.newCondition();   

    }   

  

  ...   

}  

   ArrayBlockingQueue的取操作：

Java代码

public class ArrayBlockingQueue<E> extends AbstractQueue<E>   

        implements BlockingQueue<E>, java.io.Serializable {   

  

    private E extract() {   

        final E[] items = this.items;   

        E x = items[takeIndex];   

        items[takeIndex] = null;   

        takeIndex = inc(takeIndex);   

        --count;   

       // 激发notFull条件   

        notFull.signal();   

        return x;   

    }   

  

       

    public E take() throws InterruptedException {   

        final ReentrantLock lock = this.lock;   

        lock.lockInterruptibly();   

        try {   

            try {   

                  // 等待notEmpty的条件   

                while (count == 0)   

                    notEmpty.await();   

            } catch (InterruptedException ie) {