阻塞队列BlockingQueue

一、BlockingQueue 是什么？

自带阻塞功能的线程安全队列

• 队空：取数据的线程会阻塞等待
• 队满：放数据的线程会阻塞等待
• 天然实现生产者 - 消费者模型，完全不用写 wait/notify

核心方法（必须记住）：

• put(e)：队满则阻塞
• take()：队空则阻塞
• offer(e) / poll()：不阻塞，返回布尔 /null

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二、四大常用阻塞队列（本质区别）

1. ArrayBlockingQueue（有界数组队列）

• 底层：数组
• 边界：必须指定容量，有界
• 锁：一把锁（入队、出队共用同一把 ReentrantLock）
• 特点：简单、公平 / 非公平可选、内存连续
• 场景：需要严格限制队列大小，防止无限排队

BlockingQueue<String> queue = new ArrayBlockingQueue<>(10);

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2. LinkedBlockingQueue（无界 / 有界链表队列）

• 底层：单向链表

• 边界：可指定容量；不指定就是 Integer.MAX_VALUE（近似无界）

• 锁：两把锁

  • takeLock（取数据）

  • putLock（放数据）

    → 入队出队可并发，性能更高

• 场景：线程池默认使用，吞吐量高

BlockingQueue<String> queue = new LinkedBlockingQueue<>(); // 无界

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3. SynchronousQueue（不存储元素的队列）

• 容量 = 0

• 不存数据，生产者必须等消费者，消费者必须等生产者

• 相当于直接交换数据，不经过缓冲区

• 锁：默认无锁（CAS 实现）

• 场景：

  任务不排队，直接交给线程执行

  → CachedThreadPool 用的就是它

BlockingQueue<String> queue = new SynchronousQueue<>();

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4. PriorityBlockingQueue（优先级队列）

• 底层：数组（最小堆实现）
• 边界：无界（自动扩容）
• 特点：元素按优先级出队，不是 FIFO
• 场景：需要按优先级处理任务

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三、阻塞队列的线程安全是怎么实现的？

全部基于：ReentrantLock + Condition

底层模板几乎一样：

final ReentrantLock lock;
private final Condition notEmpty; // 取数据等待
private final Condition notFull;  // 放数据等待

take () 阻塞流程：

1. 加锁
2. 如果队空 → notEmpty.await() 阻塞等待
3. 被唤醒 → 取数据
4. 唤醒正在等待 put 的线程 notFull.signal()
5. 解锁

put () 阻塞流程：

1. 加锁
2. 如果队满 → notFull.await() 阻塞等待
3. 被唤醒 → 放数据
4. 唤醒正在等待 take 的线程 notEmpty.signal()
5. 解锁

一句话：锁保证线程安全，Condition 实现精准阻塞唤醒。

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四、阻塞队列与线程池如何配合？

线程池运行流程 = 阻塞队列的真实使用场景

1. 任务进来 → 核心线程数未满？

   → 创建核心线程执行

2. 核心线程满了 →

   → 任务进入阻塞队列排队

3. 队列满了 →

   → 创建非核心线程

4. 最大线程也满了 →

   → 拒绝策略

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线程池与队列对应关系

1. FixedThreadPool（固定线程数）

new LinkedBlockingQueue()

• 无界队列
• 任务无限排队
• 不会创建非核心线程
• 风险：OOM

2. CachedThreadPool（缓存线程池）

new SynchronousQueue()

• 队列容量 = 0
• 任务不排队
• 来一个任务创建一个线程
• 适合：大量短任务

3. SingleThreadExecutor（单线程）

new LinkedBlockingQueue()

• 所有任务排队，单线程串行执行

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五、4 个阻塞队列一句话总结

1. ArrayBlockingQueue：数组、有界、一把锁、公平可选
2. LinkedBlockingQueue：链表、有界 / 无界、两把锁、线程池默认
3. SynchronousQueue：不存数据、直接交换、CachedThreadPool 用
4. PriorityBlockingQueue：优先级、无界、自动扩容

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六、最核心的结论

• 阻塞队列 = 线程安全 + 自动阻塞 / 唤醒
• 底层 = ReentrantLock + Condition
• 线程池的排队、阻塞、复用，全靠阻塞队列实现

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总结

• BlockingQueue：自带阻塞的线程安全队列，用于生产者 - 消费者模式。
• Array：数组、有界、一锁；Linked：链表、无界、双锁、高性能。
• SynchronousQueue：不存数据，直接交换，用于 CachedThreadPool。
• 线程安全：靠 ReentrantLock + Condition 实现。
• 线程池：依靠阻塞队列实现任务排队。