【Java并发】【LinkedBlockingQueue】适合初学体质的LinkedBlockingQueue入门

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前言

你是否在线程池工具类里看到过它的身影？

java 复制代码

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
    return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                  0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                  new LinkedBlockingQueue<Runnable>());

你是否会好奇LinkedBlockingQueue是啥呢？

没有关系，小手手点上关注，跟上主播的节奏。

什么是LinkedBlockingQueue？

LinkedBlockingQueue 是一个基于链表的线程安全阻塞队列，常用于生产者-消费者模式。

数据结构：

基于单向链表实现，队列头尾分别通过 head 和 last 指针维护。
默认容量为 Integer.MAX_VALUE（近似无界队列），但可手动指定固定容量。

线程安全

使用两把锁分离设计（入队锁 putLock 和出队锁 takeLock），提高并发性能。
通过 ReentrantLock 和 Condition 实现阻塞（队列空时阻塞消费者，队列满时阻塞生产者）。

阻塞操作

put()：队列满时阻塞生产者线程。
take()：队列空时阻塞消费者线程。
非阻塞方法：offer()（失败返回 false）、poll()（失败返回 null）

简单说说，和我们之前说的ArrayBlokcingQueue的区别:

特性	LinkedBlockingQueue	ArrayBlockingQueue
底层结构	链表	数组
默认容量	Integer.MAX_VALUE（无界）	必须显式指定
锁机制	双锁分离（更高并发）	单锁控制
内存占用	动态扩展（链表节点开销）	预分配连续内存

简单使用LinkedBlockingQueue

因为我们的LinkedBlockingQueue也是实现了BlockingQueue的接口，所以下面的代码例子，会有这些方法。

构造方法

首先从构造方法说起吧，LinkedBlockingQueue有3个构造方法：

java 复制代码

// 没有传任何参数，默认容量大小为Integer.MAX_VALUE
public LinkedBlockingQueue();

// 容量大小为入参
public LinkedBlockingQueue(int capacity)

// 容量大小为Integer.MAX_VALUE，集合中初始化元素为c
public LinkedBlockingQueue(Collection<? extends E> c)

添加元素入队操作

add(E e)方法 ：简单粗暴，非阻塞添加元素，队列满了的话直接抛IllegalStateException异常。

java 复制代码

public static void main(String[] args) {
    BlockingQueue<Object> queue = new LinkedBlockingQueue<>(1);
    queue.add("A");
    queue.add("B"); // Exception in thread "main" java.lang.IllegalStateException: Queue full
}

offer(E e)方法：非阻塞添加元素，成功返回boolean，添加成功为true，添加失败为false

java 复制代码

public static void main(String[] args) {
    BlockingQueue<Object> queue = new LinkedBlockingQueue<>(1);
    boolean result = queue.offer("A"); // true
    System.out.println(result);
    result = queue.offer("B"); // false
    System.out.println(result);
}

offer(E e, long timeout, TimeUnit unit)方法： 向队列添加元素。如果队列满了，就阻塞线程，等待一段时间，一段时间过后队列还是满的话，意味添加元素失败返回false，否则返回true。

ini 复制代码

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    BlockingQueue<Object> queue = new LinkedBlockingQueue<>(1);
    boolean result = queue.offer("A", 1, TimeUnit.SECONDS); // true
    System.out.println(result);
    result = queue.offer("B", 1, TimeUnit.SECONDS); // false
    System.out.println(result);
}

但如果我们这样等待一会的话，执行结果就会不一样：

java 复制代码

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    BlockingQueue<Object> queue = new LinkedBlockingQueue<>(1);
    boolean result = queue.offer("A", 1, TimeUnit.SECONDS); // true
    System.out.println(result);

    // 启动另一个生产者线程
    new Thread(() -> {
        Boolean res;
        try {
            res = queue.offer("B", 2, TimeUnit.SECONDS); // 队列满了，阻塞2s等待
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        System.out.println(res);       // true
    }).start();

    // 移除队列中的元素
    queue.poll();
}

put(E e)方法： 阻塞线程，直到队列不为空或中断者线程。

java 复制代码

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    BlockingQueue<Object> queue = new LinkedBlockingQueue<>(1);
    queue.put("A");
    queue.put("B"); // 队列已满，线程阻塞在这
}

移除元素出队操作

remove()方法：如果队列为空，直接抛出NoSuchElementException异常。

java 复制代码

public static void main(String[] args) {
    BlockingQueue<Object> queue = new LinkedBlockingQueue<>(1);
    queue.remove(); // Exception in thread "main" java.util.NoSuchElementException
}

poll()方法：非阻塞获取队列头元素，如果队列为空，直接返回null。

java 复制代码

public static void main(String[] args) {
    BlockingQueue<String> queue = new LinkedBlockingQueue<>(1);
    String poll = queue.poll();
    System.out.println(poll); // null（队列中没有元素）
    queue.offer("A");      // 向队列中添加元素
    poll= queue.poll();
    System.out.println(poll); // A
}

poll(long timeout, TimeUnit unit)方法：阻塞一段时间获取队列中的元素，如果超过时间了，就队列还是为空，就返回null。

java 复制代码

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    BlockingQueue<String> queue = new LinkedBlockingQueue<>(1);

    // 创建一个线程，3s后生产1个元素到队列中
    new Thread(() -> {
        try {
            Thread.sleep(2000);
            queue.offer("A");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }).start();

    // 消费者，阻塞5s获取元素
    String poll= queue.poll(5 , TimeUnit.SECONDS);
    System.out.println(poll); // A
}

take()方法：阻塞线程获取队列中的元素，直到队列不为空，或者被其他线程中断，抛出异常停止。

java 复制代码

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    BlockingQueue<String> queue = new LinkedBlockingQueue<>(1);

    // 创建一个消费者线程，获取队列中的元素
    Thread consumerThread = new Thread(() -> {
        try {
            String take = queue.take();     // 在这个案例中，线程会被一直阻塞到这，直到被中断
            System.out.println("消费者线程获取到元素：" + take);
        } catch (InterruptedException e) {
            System.out.println("线程者线程被中断了");
        }
    });
    consumerThread.start();
    // 隔3s后，中断消费者线程
    TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
    consumerThread.interrupt();
}

输出结果：
线程者线程被中断了

检查队列中的元素

element() 方法： 返回队列头的元素，但是如果队列为空，element方法会抛出NoSuchElementException异常。

java 复制代码

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    BlockingQueue<String> queue = new LinkedBlockingQueue<>(2);
    queue.offer("A");
    queue.offer("B");
    System.out.println(queue.element());    // A
    queue.poll();   // 头元素出队
    System.out.println(queue.element());    // B
}

// 异常的情况
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    BlockingQueue<String> queue = new LinkedBlockingQueue<>(2);
    String element = queue.element();   // Exception in thread "main" java.util.NoSuchElementException
}

peek() 方法：和element()方法差不多，返回队列头的元素，如果队列为空，会返回null。

java 复制代码

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    BlockingQueue<String> queue = new LinkedBlockingQueue<>(2);
    String element = queue.peek();
    System.out.println(element);    // null
}

后话

这就结束了？没有的，宝贝，没有的。

这里只是简答的使用，小手手点上关注，主播下一篇，直接开始看LinkedBlockingQueue源码。