携手创作，共同成长！这是我参与「掘金日新计划 · 8 月更文挑战」的第20天，点击查看活动详情

一、常见阻塞队列

BlockingQueue 接口的实现类都被放在了 juc 包中，它们的区别主要体现在存储结构上或对元素操作上的不同，但是对于take与put操作的原理，却是类似的。

队列	描述
ArrayBlockingQueue	基于数组结构实现的一个有界阻塞队列
LinkedBlockingQueue	基于链表结构实现的一个有界阻塞队列
PriorityBlockingQueue	支持按优先级排序的无界阻塞队列
DelayQueue	基于优先级队列（PriorityBlockingQueue）实现的无界阻塞队列
SynchronousQueue	不存储元素的阻塞队列
LinkedTransferQueue	基于链表结构实现的一个无界阻塞队列
LinkedBlockingDeque	基于链表结构实现的一个双端阻塞队列

二、ArrayBlockingQueue

ArrayBlockingQueue是最典型的有界阻塞队列，其内部是用数组存储元素的，初始化时需要指定容量大小，利用 ReentrantLock 实现线程安全。

在生产者-消费者模型中使用时，如果生产速度和消费速度基本匹配的情况下，使用ArrayBlockingQueue是个不错选择；当如果生产速度远远大于消费速度，则会导致队列填满，大量生产线程被阻塞。

使用独占锁ReentrantLock实现线程安全，入队和出队操作使用同一个锁对象，也就是只能有一个线程可以进行入队或者出队操作；这也就意味着生产者和消费者无法并行操作，在高并发场景下会成为性能瓶颈。

ArrayBlockingQueue总结如下：

1. 有界阻塞队列，先进先出，存取相互互斥
2. 数据结构：静态数组
   • 容量固定必须指定长度，没用扩容机制
   • 没有元素的位置也占用空间，被 null 占位
3. 锁：ReentrantLock 存取是同一把锁，操作的是同一个数组对象，存取互相排斥
4. 阻塞对象
   • notEmpty 出队：队列 count=0，无元素可取时，阻塞在该对象上
   • notFull 入队：队列 count=length，放不进去元素是，阻塞在该对象上
5. 入队：从队首开始添加元素，记录 putIndex（到队尾时设置为0）唤醒notEmpty
6. 出队：从队首开始取出元素，记录 takeIndex（到队尾时设置为0）唤醒notFull
7. 两个指针都是从队首向队尾移动，保证队列的先进先出原则

利用了Lock锁的Condition通知机制进行阻塞控制。核心：一把锁，两个条件。

三、LinkedBlockingQueue

LinkedBlockingQueue是一个基于链表实现的阻塞队列，默认情况下，该阻塞队列的大小为Integer.MAX_VALUE，由于这个数值特别大，所以 LinkedBlockingQueue 也被称作无界队列，代表它几乎没有界限，队列可以随着元素的添加而动态增长，但是如果没有剩余内存，则队列将抛出OOM错误。所以为了避免队列过大造成机器负载或者内存爆满的情况出现，我们在使用的时候建议手动传一个队列的大小。

LinkedBlockingQueue内部由单链表实现，只能从head取元素，从tail添加元素。LinkedBlockingQueue采用两把锁的锁分离技术实现入队出队互不阻塞，添加元素和获取元素都有独立的锁，也就是说LinkedBlockingQueue是读写分离的，读写操作可以并行执行。

LinkedBlockingQueue总结如下：

1. 无界阻塞队列，可以指定容量，默认为 Integer.MAX_VALUE，先进先出，存取互不干扰
2. 数据结构：链表，可以指定容量，内部类 Node 存储元素
3. 锁分离：存取互不干扰，存取操作的是不同的 Node 对象
   • takeLock：取 Node 节点保证前驱后继不会乱
   • putLock：存 Node 节点保证前驱后继不会乱
4. 阻塞对象
5. 入队：队尾入队，由 last 指针记录
6. 出队：队首出队，由 head 指针记录
7. 先进先出

四、LinkedBlockingQueue与ArrayBlockingQueue对比

LinkedBlockingQueue是一个阻塞队列，内部由两个ReentrantLock来实现出入队列的线程安全，由各自的Condition对象的await和signal来实现等待和唤醒功能。

它和ArrayBlockingQueue的不同点在于：

• 队列大小有所不同，ArrayBlockingQueue是有界的初始化必须指定大小，而LinkedBlockingQueue可以是有界的也可以是无界的(Integer.MAX_VALUE)，对于后者而言，当添加速度大于移除速度时，在无界的情况下，可能会造成内存溢出等问题。
• 数据存储容器不同，ArrayBlockingQueue采用的是数组作为数据存储容器，而LinkedBlockingQueue采用的则是以Node节点作为连接对象的链表。
• 由于ArrayBlockingQueue采用的是数组的存储容器，因此在插入或删除元素时不会产生或销毁任何额外的对象实例，而LinkedBlockingQueue则会生成一个额外的Node对象。这可能在长时间内需要高效并发地处理大批量数据的时，对于GC可能存在较大影响。
• 两者的实现队列添加或移除的锁不一样，ArrayBlockingQueue实现的队列中的锁是没有分离的，即添加操作和移除操作采用的同一个ReenterLock锁，而LinkedBlockingQueue实现的队列中的锁是分离的，其添加采用的是putLock，移除采用的则是takeLock，这样能大大提高队列的吞吐量，也意味着在高并发的情况下生产者和消费者可以并行地操作队列中的数据，以此来提高整个队列的并发性能。