跳到主要内容

阻塞队列

BlockingQueue 是并发编程中最常用的组件之一，能够在队列满/空时自动阻塞生产者或消费者，为生产者-消费者模型提供了天然的“背压”能力。线程池、任务调度、异步日志等场景都离不开它。

接口概览 🧾​

BlockingQueue 定义了 4 组典型操作（抛异常、返回特殊值、阻塞、超时）：

操作队列满时队列空时
add(e) / remove() / element()抛异常（IllegalStateException）抛异常（NoSuchElementException）
offer(e) / poll() / peek()返回 false / null返回 null
put(e) / take()阻塞直至有空间阻塞直至有元素
offer(e, timeout) / poll(timeout)等待指定时间后返回 false等待指定时间后返回 null

小技巧：生产者使用 offer 可避免永久阻塞；消费者使用 poll(timeout) 可实现“软超时”策略。

常见实现 🌟​

队列底层结构是否有界特点应用
ArrayBlockingQueue数组 + ReentrantLock有界先进先出，支持公平锁，入出共用一把锁固定容量任务池
LinkedBlockingQueue链表 + Lock默认无界（可指定）入出两把锁，吞吐高但内存分散线程池默认队列
SynchronousQueue无容量零容量，交接点put 必须被 take 配对，支持公平/非公平模式newCachedThreadPool
PriorityBlockingQueue二叉堆无界按优先级弹出，元素需 Comparable优先任务调度
DelayQueue优先队列 + Delayed无界元素到期才能取，用于延迟任务定时器、订单超时
LinkedTransferQueue链表 + CAS无界支持直接传递/阻塞/非阻塞，吞吐极高高性能事件分发
LinkedBlockingDeque双端链表可指定容量双端阻塞，支持双向操作工作窃取（粗粒度）

常用场景 🛠️​

  1. 线程池：ThreadPoolExecutor 通过 BlockingQueue 管理任务。
  2. 异步日志：生产者写入队列，单消费者写磁盘，削峰填谷。
  3. 秒杀下单：阻塞队列限制瞬时请求量，保护数据库。
  4. 定时任务：DelayQueue 存放延迟任务，消费者按到期顺序执行。
  5. 限速器：结合 ArrayBlockingQueue 提前放入令牌，消费者 take 令牌后才执行业务，实现漏桶算法。

示例代码 ✏️​

BlockingQueue<Runnable> queue = new ArrayBlockingQueue<>(100);

// 生产者
executor.submit(() -> {
    queue.put(() -> System.out.println("task"));
});

// 消费者
new Thread(() -> {
    while (true) {
        Runnable job = queue.take(); // 阻塞等待
        job.run();
    }
}).start();

DelayQueue 使用​

class DelayTask implements Delayed {
    private final long triggerTime;
    private final String payload;

    DelayTask(long delayMillis, String payload) {
        this.triggerTime = System.currentTimeMillis() + delayMillis;
        this.payload = payload;
    }

    @Override
    public long getDelay(TimeUnit unit) {
        long diff = triggerTime - System.currentTimeMillis();
        return unit.convert(diff, TimeUnit.MILLISECONDS);
    }

    @Override
    public int compareTo(Delayed o) {
        return Long.compare(this.triggerTime, ((DelayTask) o).triggerTime);
    }
}

DelayQueue<DelayTask> delayQueue = new DelayQueue<>();
delayQueue.put(new DelayTask(5000, "expire order"));
DelayTask task = delayQueue.take(); // 到期后返回

选型建议 ✅​

  • 固定容量、均衡读写：ArrayBlockingQueue
  • 大量数据、入出解耦：LinkedBlockingQueue
  • 任务必须即时交付：SynchronousQueue
  • 任务优先级：PriorityBlockingQueue
  • 延迟/定时：DelayQueue
  • 双端操作：LinkedBlockingDeque
  • 需要直接交付/Transfer：LinkedTransferQueue
  • 需要批量 drain：LinkedBlockingQueue 提供 drainTo(Collection, n)

面试常问 🎤​

  1. SynchronousQueue 为什么容量为 0？
    它强调“交接”语义，生产者必须等消费者就绪才能完成交换，非常适合任务直接“交给”工作线程的模型。

  2. 线程池默认使用哪个队列？
    Executors.newFixedThreadPool / newSingleThreadExecutor 使用 LinkedBlockingQueue；newCachedThreadPool 使用 SynchronousQueue。

  3. 阻塞队列如何实现阻塞？
    通过 ReentrantLock + Condition 控制线程在队列满/空时 await()，当入队/出队后调用 signal() 唤醒等待线程；LinkedBlockingQueue 使用两把锁和两个条件，降低竞争。

  4. DelayQueue 如何确定元素出队顺序？
    元素必须实现 Delayed 接口，getDelay() 返回剩余时间，内部 PriorityQueue 以最早到期的元素为堆顶，未到期时 take() 会阻塞。

  5. ArrayBlockingQueue 和 LinkedBlockingQueue 谁更高效？
    小数据量、频繁操作时数组实现缓存命中高，延迟低；链表实现使用两把锁，吞吐更大且容量可控，但节点对象多、GC 压力大。

  6. 如何避免阻塞队列“撑爆”内存？
    优先选择有界队列并结合拒绝策略；对无界队列要监控长度，超阈值时丢弃或降级；也可搭配 Semaphore 做额外限流。

  7. drainTo 有什么用？
    可一次性批量拉取元素到集合中，避免频繁唤醒/加锁，非常适合批处理、日志刷盘等场景。

小结​

  • BlockingQueue 是多线程解耦与限流的利器，选对实现才能充分发挥性能。
  • 熟悉 4 类操作语义与常见队列特性，是面试与实战的基础。
  • 配合线程池、定时任务、监控告警等机制，可以构建稳定可靠的并发系统。