四、阻塞佇列的實現原理
在開發過程中，經常會使用到一些資料結構，如雜湊表(hashmap)、佇列(queue)等，但是有一部分資料結構是執行緒不安全的，即在併發場景下，資料的獲取和儲存會出現問題。
為了解決這種問題，jdk提供了幾個併發安全的資料結構，如下圖所示：
由上圖可知，jdk中提供的併發容器有：
concurrenthashmap：分片加鎖實現高效能雜湊表。
concurrentlinkedqueue：採用cas演算法實現的非阻塞佇列。
blockingqueue：使用鎖物件實現的阻塞佇列。
實現乙個執行緒安全的佇列有兩種方式：
方式1：使用阻塞演算法，使用阻塞演算法的佇列可以用乙個鎖（入隊和出隊用同一把鎖）或兩個鎖（入隊和出隊用不同的鎖）等方式來實現。
方式2：使用非阻塞演算法 (cas)。非阻塞的實現方式是使用迴圈cas的方式來實現。
concurrenthashmap、concurrentlinkedqueue將單獨介紹。本文主要講解幾種阻塞佇列(blockingqueue)的特點。
阻塞佇列（blockingqueue）是乙個支援兩個附加操作的佇列，這兩個操作支援阻塞的插入和移除方法。
支援阻塞的插入方法：當佇列滿時，佇列會阻塞插入元素的執行緒，直到佇列不滿的狀態。
支援阻塞的移除方法：當隊列為空時，獲取元素的執行緒會一致等待佇列變為非空的狀態。
阻塞佇列的應用場景：
阻塞佇列常用於生產者和消費者的場景，生產者是向佇列裡新增元素的執行緒，消費者是阻塞佇列內提供了4中 api 處理方式，如下圖所示：從佇列裡取元素的執行緒。阻塞佇列就是生產者用來存放元素、消費者用來獲取元素的容器。
丟擲異常：add(e)：當佇列滿時，如果往佇列裡插入元素，會拋異常。
remove()：當佇列空時，如果從佇列裡獲取元素，會丟擲異常。
element()：當佇列空時，如果從佇列裡獲取元素，會丟擲異常。
返回特殊值：offer(e)：當佇列滿時，如果往佇列裡插入元素，會返回 false 表示插入失敗。
poll()：當佇列空時，如果從佇列裡獲取元素，會返回 null。
peek()：當佇列空時，如果從佇列裡獲取元素，會返回 null。
一直阻塞：put(e)：當佇列滿時，如果往佇列裡插入元素，佇列會阻塞當前執行緒，直到佇列可用或者響應中斷退出。
take()：當佇列空時，如果從佇列裡獲取元素，佇列會阻塞當前執行緒，直到佇列不為空。
超時退出：offer(time, unit)： 當佇列滿時，如果往佇列裡插入元素，佇列會阻塞當前執行緒一段時間，如果超過了指定的時間，當前執行緒就會退出。
poll(time, unit)：當佇列空時，如果從佇列裡獲取元素，佇列會阻塞當前執行緒一段時間，如果超過了指定的時間，當前執行緒就會退出。
jdk1.7 提供了7個阻塞佇列：
arrayblockingqueue：乙個由陣列結構組成的有界阻塞佇列。
linkedblockingqueue：乙個由鍊錶結構組成的有界阻塞佇列。
priorityblockingqueue：乙個支援優先順序排序的無界阻塞佇列。
delayqueue：乙個使用優先順序佇列實現的無界阻塞佇列。
synchronousqueue：乙個不儲存元素的阻塞佇列。
linkedtransferqueue：乙個由鍊錶結構組成的無界阻塞佇列。
linkedblockingdeque：乙個由鍊錶結構組成的雙向阻塞佇列。
arrayblockingqueue 是乙個用陣列實現的有界阻塞佇列。此佇列按照先進先出（fifo）的原則對元素進行排序。預設情況下使用非公平鎖進行佇列訪問 (公平鎖會降低吞吐量)。
linkedblockingqueue 是乙個用鍊錶實現的有界阻塞佇列。此佇列按照先進先出的原則對元素進行排序。此佇列的預設和最大長度為integer.max_value。
priorityblockingqueue 是乙個支援優先順序的無界阻塞佇列。預設情況下元素採取自然順序公升序排列。
支援自定義類實現compareto()方法來指定元素排序規則。
同優先順序元素，priorityblockingqueue不能保證其順序。
delayqueue 是乙個支援延時獲取元素的無界阻塞佇列。佇列使用priorityqueue來實現。delayqueue 的應用場景：佇列中的元素必須實現delayed介面，在建立元素時可以指定多久才能從佇列中獲取當前元素。
只有在延遲期滿時才能從佇列中提取元素。
快取系統的設計：可以用delayqueue儲存快取元素的有效期，使用乙個執行緒迴圈查詢delayqueue，一旦能從delayqueue中獲取元素時，表示快取有效期到了。定時任務排程：使用delayqueue儲存當天將會執行的任務和執行時間，一旦從delayqueue中獲取到任務就開始執行。
synchronousqueue 是乙個不儲存元素的阻塞佇列。優勢：每乙個put操作必須等待乙個take操作，否則不能繼續新增元素。
預設情況下執行緒採用非公平性策略訪問佇列。
synchronousqueue的吞吐量高於linkedblockingqueue和arrayblockingqueue。
linkedtransferqueue 是乙個由鍊錶結構組成的無界阻塞transferqueue佇列。
linkedblockingdeque 是乙個由鍊錶結構組成的雙向阻塞佇列。如果佇列是空的，消費者會一直等待，當生產者新增元素時，消費者是如何知道當前佇列雙向佇列：指可以從佇列的兩端插入和移出元素。
雙向阻塞佇列可以運用在工作竊取模式中。
有元素的呢？
可以使用condition介面的等待通知模式來實現。具體請參考：lock(五) — locksupport 和 condition介面
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