java中的阻塞队列BlockingQueue

一、概述

位于java.util.concurrent下，声明：public interface
BlockingQueue<E> extends
Queue<E>

支持两个附加操作的 Queue，这两个操作是：获取元素时等待队列变为非空，以及存储元素时等待空间变得可用。

BlockingQueue 方法以四种形式出现，对于不能立即满足但可能在将来某一时刻可以满足的操作，这四种形式的处理方式不同：第一种是抛出一个异常，第二种是返回一个特殊值（null 或
false，具体取决于操作），第三种是在操作可以成功前，无限期地阻塞当前线程，第四种是在放弃前只在给定的最大时间限制内阻塞。下表中总结了这些方法：

BlockingQueue 不接受 null 元素。试图 add、put 或 offer 一个
null 元素时，某些实现会抛出 NullPointerException。null 被用作指示 poll 操作失败的警戒值。

BlockingQueue 可以是限定容量的。它在任意给定时间都可以有一个
remainingCapacity，超出此容量，便无法无阻塞地 put 附加元素。没有任何内部容量约束的 BlockingQueue 总是报告
Integer.MAX_VALUE 的剩余容量。

BlockingQueue 实现主要用于生产者-使用者队列，但它另外还支持
Collection 接口。因此，举例来说，使用
remove(x) 从队列中移除任意一个元素是有可能的。然而，这种操作通常不 会有效执行，只能有计划地偶尔使用，比如在取消排队信息时。

BlockingQueue 实现是线程安全的。所有排队方法都可以使用内部锁或其他形式的并发控制来自动达到它们的目的。然而，大量的 Collection 操作（addAll、containsAll、retainAll 和
removeAll）没有 必要自动执行，除非在实现中特别说明。因此，举例来说，在只添加了 c 中的一些元素后，addAll(c) 有可能失败（抛出一个异常）。

BlockingQueue 实质上不 支持使用任何一种“close”或“shutdown”操作来指示不再添加任何项。这种功能的需求和使用有依赖于实现的倾向。例如，一种常用的策略是：对于生产者，插入特殊的
end-of-stream 或 poison 对象，并根据使用者获取这些对象的时间来对它们进行解释。

以下是基于典型的生产者-使用者场景的一个用例。注意，BlockingQueue 可以安全地与多个生产者和多个使用者一起使用。

class Producer implements Runnable {
   private final BlockingQueue queue;
   Producer(BlockingQueue q) { queue = q; }
   public void run() {
     try {
       while(true) { queue.put(produce()); }
     } catch (InterruptedException ex) { ... handle ...}
   }
   Object produce() { ... }
 }

 class Consumer implements Runnable {
   private final BlockingQueue queue;
   Consumer(BlockingQueue q) { queue = q; }
   public void run() {
     try {
       while(true) { consume(queue.take()); }
     } catch (InterruptedException ex) { ... handle ...}
   }
   void consume(Object x) { ... }
 }

 class Setup {
   void main() {
     BlockingQueue q = new SomeQueueImplementation();
     Producer p = new Producer(q);
     Consumer c1 = new Consumer(q);
     Consumer c2 = new Consumer(q);
     new Thread(p).start();
     new Thread(c1).start();
     new Thread(c2).start();
   }
 }

内存一致性效果：当存在其他并发 collection 时，将对象放入 BlockingQueue 之前的线程中的操作 happen-before 随后通过另一线程从 BlockingQueue 中访问或移除该元素的操作。

此接口是 Java Collections Framework 的成员。

二、方法

1、boolean
add(E e)

将指定元素插入此队列中（如果立即可行且不会违反容量限制），成功时返回 true，如果当前没有可用的空间，则抛出 IllegalStateException。当使用有容量限制的队列时，通常首选
offer。

指定者：

接口 Collection<E> 中的
add

指定者：

接口 Queue<E> 中的
add

参数：

e - 要添加的元素

返回：

true（根据 Collection.add(E) 的规定）

抛出：

IllegalStateException - 如果由于容量限制此时不能添加该元素

ClassCastException - 如果指定元素的类不允许将其添加到此队列

NullPointerException - 如果指定元素为 null

IllegalArgumentException - 如果指定元素的某些属性不允许将其添加到此队列

2、boolean offer(E e)

将指定元素插入此队列中（如果立即可行且不会违反容量限制），成功时返回 true，如果当前没有可用的空间，则返回 false。当使用有容量限制的队列时，此方法通常要优于
add(E)，后者可能无法插入元素，而只是抛出一个异常。

指定者：

接口 Queue<E> 中的
offer

参数：

e - 要添加的元素

返回：

如果该元素已添加到此队列，则返回 true；否则返回 false

抛出：

ClassCastException - 如果指定元素的类不允许将其添加到此队列

NullPointerException - 如果指定元素为 null

IllegalArgumentException - 如果指定元素的某些属性不允许将其添加到此队列

3、void put(E e) throws
InterruptedException  将指定元素插入此队列中，将等待可用的空间（如果有必要）。

参数：

e - 要添加的元素

抛出：

InterruptedException - 如果在等待时被中断

ClassCastException - 如果指定元素的类不允许将其添加到此队列

NullPointerException - 如果指定元素为 null

IllegalArgumentException - 如果指定元素的某些属性不允许将其添加到此队列

4、boolean
offer(E e, long timeout, TimeUnit unit)  throws
InterruptedException

将指定元素插入此队列中，在到达指定的等待时间前等待可用的空间（如果有必要）。

参数：

e - 要添加的元素

timeout - 放弃之前等待的时间长度，以 unit 为时间单位

unit - 确定如何解释 timeout 参数的 TimeUnit

返回：

如果成功，则返回 true；如果在空间可用前超过了指定的等待时间，则返回 false

抛出：

InterruptedException - 如果在等待时被中断

ClassCastException - 如果指定元素的类不允许将其添加到此队列

NullPointerException - 如果指定元素为 null

IllegalArgumentException - 如果指定元素的某些属性不允许将其添加到此队列

5、E
take() throws
InterruptedException  获取并移除此队列的头部，在元素变得可用之前一直等待（如果有必要）。

返回：

此队列的头部

抛出：

InterruptedException - 如果在等待时被中断

6、E
poll(long timeout, TimeUnit unit) throws
InterruptedException

获取并移除此队列的头部，在指定的等待时间前等待可用的元素（如果有必要）。

参数：

timeout - 放弃之前要等待的时间长度，用 unit 的时间单位表示

unit - 确定如何解释 timeout 参数的 TimeUnit

返回：

此队列的头部；如果在元素可用前超过了指定的等待时间，则返回 null

抛出：

InterruptedException - 如果在等待时被中断

7、int remainingCapacity()