阻塞队列原理？

一、阻塞队列原理？

阻塞队列（BlockingQueue）是一个支持两个附加操作的队列。这两个附加的操作是：在队列为空时，获取元素的线程会等待队列变为非空。当队列满时，存储元素的线程会等待队列可用。

阻塞队列常用于生产者和消费者的场景，生产者是往队列里添加元素的线程，消费者是从队列里拿元素的线程。阻塞队列就是生产者存放元素的容器，而消费者也只从容器里拿元素。

二、阻塞队列和非阻塞队列区别？

区别在于，当队列是空的时，从队列中获取元素的操作将会被阻塞，或者当队列是满时，往队列里添加元素的操作会被阻塞。

试图从空的阻塞队列中获取元素的线程将会被阻塞，直到其他的线程往空的队列插入新的元素。同样，试图往已满的阻塞队列中添加新元素的线程同样也会被阻塞，直到其他的线程使队列重新变得空闲起来，如从队列中移除一个或者多个元素，或者完全清空队列.

1.ArrayDeque, （数组双端队列）

2.PriorityQueue, （优先级队列）

3.ConcurrentLinkedQueue, （基于链表的并发队列）

4.DelayQueue, （延期阻塞队列）（阻塞队列实现了BlockingQueue接口）

5.ArrayBlockingQueue, （基于数组的并发阻塞队列）

6.LinkedBlockingQueue, （基于链表的FIFO阻塞队列）

7.LinkedBlockingDeque, （基于链表的FIFO双端阻塞队列）

8.PriorityBlockingQueue, （带优先级的无界阻塞队列）

9.SynchronousQueue （并发同步阻塞队列）

阻塞队列和生产者-消费者模式

阻塞队列（Blocking queue）提供了可阻塞的put和take方法，它们与可定时的offer和poll是等价的。如果Queue已经满了，put方法会被阻塞直到有空间可用；如果Queue是空的，那么take方法会被阻塞，直到有元素可用。

Queue的长度可以有限，也可以无限；无限的Queue永远不会充满，所以它的put方法永远不会阻塞。

阻塞队列支持生产者-消费者设计模式。一个生产者-消费者设计分离了“生产产品”和“消费产品”。该模式不会发现一个工作便立即处理，而是把工作置于一个任务（“to do”）清单中，以备后期处理。

生产者-消费者模式简化了开发，因为它解除了生产者和消费者之间相互依赖的代码。生产者和消费者以不同的或者变化的速度生产和消费数据，生产者-消费者模式将这些活动解耦，因而简化了工作负荷的管理。

生产者-消费者设计是围绕阻塞队列展开的，生产者把数据放入队列，并使数据可用，当消费者为适当的行为做准备时会从队列中获取数据。生产者不需要知道消费者的省份或者数量，甚至根本没有消费者—它们只负责把数据放入队列。

类似地，消费者也不需要知道生产者是谁，以及是谁给它们安排的工作。BlockingQueue可以使用任意数量的生产者和消费者，从而简化了生产者-消费者设计的实现。最常见的生产者-消费者设计是将线程池与工作队列相结合。

阻塞队列简化了消费者的编码，因为take会保持阻塞直到可用数据出现。如果生产者不能足够快地产生工作，让消费者忙碌起来，那么消费者只能一直等待，直到有工作可做。同时，put方法的阻塞特性也大大地简化了生产者的编码；如果使用一个有界队列，那么当队列充满的时候，生产者就会阻塞，暂不能生成更多的工作，从而给消费者时间来赶进进度。

有界队列是强大的资源管理工具，用来建立可靠的应用程序：它们遏制那些可以产生过多工作量、具有威胁的活动，从而让你的程序在面对超负荷工作时更加健壮。

虽然生产者-消费者模式可以把生产者和消费者的代码相互解耦合，但是它们的行为还是间接地通过共享队列耦合在一起了

类库中包含一些BlockingQueue的实现，其中LinkedBlockingQueue和ArrayBlockingQueue是FIFO队列，与 LinkedList和ArrayList相似，但是却拥有比同步List更好的并发性能。PriorityBlockingQueue是一个按优先级顺序排序的队列，当你不希望按照FIFO的属性处理元素时，这个PriorityBolckingQueue是非常有用的。正如其他排序的容器一样，PriorityBlockingQueue可以比较元素本身的自然顺序（如果它们实现了Comparable），也可以使用一个 Comparator进行排序。

最后一个BlockingQueue的实现是SynchronousQueue，它根本上不是一个真正的队列，因为它不会为队列元素维护任何存储空间。不过，它维护一个排队的线程清单，这些线程等待把元素加入（enqueue）队列或者移出（dequeue）队列。因为SynchronousQueue没有存储能力，所以除非另一个线程已经准备好参与移交工作，否则put和take会一直阻止。SynchronousQueue这类队列只有在消费者充足的时候比较合适，它们总能为下一个任务作好准备。

非阻塞算法

基于锁的算法会带来一些活跃度失败的风险。如果线程在持有锁的时候因为阻塞I/O，页面错误，或其他原因发生延迟，很可能所有的线程都不能前进了。

一个线程的失败或挂起不应该影响其他线程的失败或挂起，这样的算法成为非阻塞（nonblocking）算法；如果算法的每一个步骤中都有一些线程能够继续执行，那么这样的算法称为锁自由（lock-free）算法。

在线程间使用CAS进行协调，这样的算法如果能构建正确的话，它既是非阻塞的，又是锁自由的。

非竞争的CAS总是能够成功，如果多个线程以一个CAS竞争，总会有一个胜出并前进。非阻塞算法堆死锁和优先级倒置有“免疫性”（但它们可能会出现饥饿和活锁，因为它们允许重进入）。

非阻塞算法通过使用低层次的并发原语，比如比较交换，取代了锁。原子变量类向用户提供了这些底层级原语，也能够当做“更佳的volatile变量”使用，同时提供了整数类和对象引用的原子化更新操作。

三、java无锁阻塞队列

Java 中的无锁阻塞队列是一种高效的数据结构，能够在多线程环境下提供非阻塞、线程安全的队列操作。无锁队列的设计思想是通过 CAS 操作来实现并发的数据处理，避免了传统锁的性能瓶颈，提高了并发性能。

无锁队列的设计原理

无锁队列的设计原理主要基于 CAS 操作（Compare and Swap），即比较并交换。在多线程环境下，通过 CAS 操作可以实现并发数据的更新操作，而不需要使用锁来保证线程安全。

实现无锁队列的关键技术

在实现无锁队列时，需要考虑以下关键技术：

• 原子操作：保证操作的原子性，从而避免并发访问导致数据不一致的问题。
• 内存屏障：确保内存的可见性，避免线程间的数据冲突。
• 无锁算法：采用无锁算法实现队列的插入和删除操作，保证线程安全。

应用场景

无锁队列在高并发的场景下具有广泛的应用，特别适用于以下场景：

• 生产者-消费者模式：在生产者与消费者之间进行数据传递时，无锁队列可以提高数据传输的效率。
• 事件驱动模型：在事件处理过程中，无锁队列可以减少锁竞争，提高系统的并发性能。
• 消息中间件：在消息队列的设计中，无锁队列可以提高消息的处理速度，降低系统的延迟。

无锁队列的优势

相比传统锁机制，无锁队列具有一些明显的优势，包括：

• 高并发性能：无锁队列能够避免锁的竞争，提供更高的并发处理能力。
• 低延迟：无锁队列能够减少线程间的等待时间，降低系统的处理延迟。
• 可伸缩性：无锁队列的设计能够有效地在不同规模的系统中扩展，提高系统的可伸缩性。

无锁队列的实现方式

在 Java 中，可以通过 AtomicReference、AtomicStampedReference、Unsafe 等类来实现无锁队列，其中 Unsafe 类提供了底层的内存操作方法，可以实现 CAS 操作。

总结

无锁队列作为一种高效的数据结构，在 Java 中发挥着重要的作用。通过无锁队列的设计，可以提高系统的并发性能，降低系统的延迟，提升系统的可伸缩性。在实际的开发中，合理地应用无锁队列可以帮助开发人员解决高并发场景下的性能问题，提升系统的稳定性和可靠性。

四、阻塞队列如何使用？

阻塞队列根据现场实际应该：

一、左转弯走。口令：左转弯——走！左脚起、左脚落。列队人员听到口令后，按照左转弯走的动作要领，向左转弯继续行进。

二、右转弯走。口令：右转弯——走！右脚起、右脚落。列队人员听到口令后，按照右转弯走的动作要领，向右转弯继续行进。

三、向后转走。口令：向后转——走！左脚起、左脚落。列队人员听到口令后，按照向后转的动作要领，向后转并继续行进。（此时，排尾变成排头）

五、阻塞队列满了怎么办？

如果队列满了，就会新增线程来执行任务，如果已经是最大线程数量，则会执行拒绝策略。

这里不应该说不合理，而是不公平。可以深入源码查看具体的实现。

补充：

大于core线程池的线程直接处理新来的任务，等core线程池有空闲回去处理阻塞队列里的任务

六、Java阻塞队列：实现并发控制的利器

什么是Java阻塞队列？

Java阻塞队列是Java并发编程中的一种数据结构，它遵循先进先出（FIFO）的原则，同时还提供了等待机制，可以实现线程之间的同步和通信。

为什么需要使用Java阻塞队列？

在并发编程中，多个线程共享资源可能会导致竞争条件和数据不一致的问题。Java阻塞队列提供了一种简单可靠的方式来解决这些问题。通过在多线程之间共享一个阻塞队列，可以有效地控制线程的执行顺序，实现数据的有序处理，避免了竞争条件和数据不一致的风险。

Java阻塞队列的特性

• 线程安全：Java阻塞队列内部使用锁或其他同步机制，确保在多线程环境下的安全操作。
• 阻塞等待：当队列为空时，尝试从队列中获取元素的线程将被阻塞，直到队列非空。当队列已满时，尝试向队列中添加元素的线程将被阻塞，直到队列有空位。
• 有界和无界：Java阻塞队列可以是有界的，即队列的容量是固定的；也可以是无界的，即队列的容量没有限制。
• 多种实现：Java提供了多种实现阻塞队列的类，包括ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue、PriorityBlockingQueue等。

Java阻塞队列的应用场景

Java阻塞队列在很多领域都有广泛的应用：

• 生产者-消费者模式：通过阻塞队列可以很方便地实现生产者与消费者之间的解耦和通信。
• 线程池：阻塞队列可以作为线程池中任务队列的实现，控制任务提交与执行的速率。
• 事件驱动编程：通过阻塞队列可以实现事件的异步处理，提高系统的并发能力。
• 任务调度：阻塞队列可以作为任务调度器的实现，按照一定的策略分发和调度任务。

总结

Java阻塞队列是一种实现并发控制的重要工具，它可以在多线程环境下实现线程安全、有序处理和线程通信等功能。通过合理地使用Java阻塞队列，可以提高系统的并发能力，解决多线程编程中的一系列问题。

感谢您耐心阅读本文，希望通过对Java阻塞队列的介绍，能够帮助您更好地理解并发编程，并在实际应用中提供一种简洁高效的解决方案。

七、线程池的阻塞队列有哪些？

线程池的阻塞队列有三种，分别是无界队列、有界队列和同步移交队列。其中，无界队列的优点是一直可以添加任务，直到内存耗尽，但缺点是可能会导致OOM异常；有界队列的好处是可以避免OOM异常，但队列满时需要等待；同步移交队列则是一种新的队列实现方式，在队列满时会将任务交给调用者线程去执行，确保任务不会被丢失，但会导致线程池的最大线程数失去作用。此外，还有一种SynchronousQueue同步队列，它不会保存任何任务，在线程池中需要一个空闲的线程来立即执行任务，否则会直接抛出异常。这种队列适用于提高程序的并发性能，但也可能导致线程池的维护成本增加。

八、阻塞模式原理？

“阻塞模式”：如果接收端，当然接收端缓冲区为空的时候，调用Socket的read方法的线程会阻塞，阻塞到有数据进入接收缓冲区；

另外对于写数据到Socket中的线程来说，如果待发送的数据长度大于发送缓冲区空余长度，则会阻塞在write方法上，等待发送缓冲区的报文被发送到网络上，所以呢这个就是TCP的阻塞。

九、java为什么要使用队列？

队列是一种数据结构，和语言是无关的。其他任何语言都有实现队列这种数据结构。

只有满足元素是先进先出的，就叫队列。

java中的队列提供了Queue接口，并提供了多种实现来满足不同的场景

十、JAVA如何用队列实现并发？

如果是抢资源，在不作弊的情况下 按照先来先得的规则 ，那么比较简单的实现就是队列 ，不管请求的并发多高，如果用线程来实现为用户服务，也就是说 来一个人请求资源那么就启动一个线程，那CPU执行线程总是有顺序的，比如 当前三个人（路人甲路人乙路人丙）请求A资源 ，那服务端就起了三个线程为这三个人服务，假设 这三个人不太幸运在请求的时候没有及时的获得CPU时间片，那么他们三个相当于公平竞争CPU资源，而CPU选择运行线程是不确定顺序的 ，又假设 选中了路人丙的线程运行那么将其放入队列就好了,路人乙，路人丙以此类推 ，那可能会想为什么不及时的处理呢 ，因为后续的操作可能是耗时操作对于线程的占用时间较长那请求资源的人多了服务端就可能挂了