隊列是一種數據結構，它有兩個基本操作：在隊列尾部加入元素和從隊列頭部移除元素。在我們日常開發中，經常用來并發操作數據。java包中有一些應用比較廣泛的特殊隊列：一種是以ConcurrentLinkedQueue為代表的非阻塞隊列；另一種是以BlockingQueue接口為代表的阻塞隊列。通過這兩種隊列，我們保證了多線程操作數據的安全性。

    java集合中的Queue繼承collection接口，Dueue、LinkedList、PriorityQueue、BlockingQueue等類都實現了它。

    阻塞隊列

    阻塞隊列是一個支持兩個附加操作的隊列：1)在隊列為空時，獲取元素的線程會等待隊列變為非空；2)當隊列滿時，存儲元素的線程會等待隊列可用。因此，當一個線程試圖對一個已經滿了的隊列進行入隊列操作時，它將會被堵塞，除非有另一個線程做了出隊列的操作；同樣，當一個線程試圖對一個空隊列進行出隊列操作時，它將會被阻塞，除非有另外一個線程進行了入隊列的操作。

    常見的阻塞隊列應用就是生產者消費者模式。生產者把數據放到隊列，如果隊列滿了，就會阻塞此操作，直到消費者消費，如果隊列中數據被消費完，那么消費者被阻塞，直到生產者生產。

    在java包"java.util.concurrent"中，提供六個實現了"BlockingQueue"接口的阻塞隊列。分別是ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue、PriorityBlockingQueue、DelayQueue、SynchronousQueue和LinkedBlockingDeque。實質上阻塞隊列是一種特殊的FIFO數據結構，它不是立即從隊列中添加或刪除元素，而是等到有空間或者元素可用的時候才操作。下面分析下每種阻塞隊列的實現方式和應用場景。

    ArrayBlockingQueue

    用數組實現的有界阻塞隊列，默認情況下不保證線程公平的訪問隊列（按照阻塞的先后順序訪問隊列），隊列可用的時候，阻塞的線程都可以爭奪隊列的訪問資格,當然也可以使用以下的構造方法創建一個公平的阻塞隊列。ArrayBlockingQueue<String>blockingQueue2=newArrayBlockingQueue<>(10,true)。(其實就是通過將ReentrantLock設置為true來達到這種公平性的：即等待時間最長的線程會先操作)。用ReentrantLockcondition實現阻塞。

    有界就是隊列的長度有限制，例如數組隊列，在構建的時候就指定了長度。無界就是可以無限的添加。

    LinkedBlockingQueue

    基于鏈表實現的有界阻塞隊列。此隊列的默認和最大長度為Integer.MAX_VALUE。此隊列按照先進先出的原則對元素進行排序。這個隊列的實現原理和ArrayBlockingQueue實現基本相同。也是采用ReentrantLock控制并發，不同的是它使用兩個獨占鎖來控制消費和生產。即用takeLock和putlock,這樣的好處是消費者和生產者可以并發執行，對吞吐量有提升。

    PriorityBlockingQueue

    PriorityBlockingQueue是一個帶優先級的隊列，而不是先進先出隊列。元素按優先級順序被移除，該隊列也沒有上限（看了一下源碼，PriorityBlockingQueue是對PriorityQueue的再次包裝，是基于堆數據結構的，而PriorityQueue是沒有容量限制的，與ArrayList一樣，所以在優先阻塞隊列上put時是不會受阻的。雖然此隊列邏輯上是無界的，但是由于資源被耗盡，所以試圖執行添加操作可能會導致OutOfMemoryError），但是如果隊列為空，那么取元素的操作take就會阻塞，所以它的檢索操作take是受阻的。也是用ReentrantLock控制并發。

    DelayQueue

    DelayQueue是在PriorityQueue基礎上實現的，底層也是數組構造方法，是一個存放Delayed元素的無界阻塞隊列，只有在延遲期滿時才能從中提取元素。該隊列的頭部是延遲期滿后保存時間最長的Delayed元素。如果延遲都還沒有期滿，則隊列沒有頭部，并且poll將返回null。當一個元素的getDelay(TimeUnit.NANOSECONDS)方法返回一個小于或等于零的值時，則出現期滿，poll就移除這個元素了。此隊列不允許使用null元素。

    SynchronousQueue

    一個沒有容量的隊列，不會存儲數據，每執行一次put就要執行一次take，否則就會阻塞。未使用鎖。通過cas實現，吞吐量異常高。內部采用的就是ArrayBlockingQueue的阻塞隊列，所以在功能上完全可以用ArrayBlockingQueue替換，但是SynchronousQueue是輕量級的，SynchronousQueue不具有任何內部容量，我們可以用來在線程間安全的交換單一元素。所以功能比較單一，優勢就在于輕量。

    LinkedBlockingDeque

    LinkedBlockingDeque是雙向鏈表實現的雙向并發阻塞隊列。該阻塞隊列同時支持FIFO和FILO兩種操作方式，即可以從隊列的頭和尾同時操作(插入/刪除)；并且，該阻塞隊列是支持線程安全，當多線程競爭同一個資源時，某線程獲取到該資源之后，其它線程需要阻塞等待。此外，LinkedBlockingDeque還是可選容量的(防止過度膨脹)，即可以指定隊列的容量。如果不指定，默認容量大小等于Integer.MAX_VALUE。

    非阻塞隊列

    基于鎖的算法會帶來一些活躍度失敗的風險。如果線程在持有鎖的時候因為阻塞I/O、頁面錯誤、或其他原因發生延遲，很可能所有的線程都不能工作了。一個線程的失敗或掛起不應該影響其他線程的失敗或掛起，這樣的算法稱為非阻塞算法；如果算法的每一個步驟中都有一些線程能夠繼續執行，那么這樣的算法稱為鎖自由（lock-free）算法。在線程間使用CAS進行協調，這樣的算法如果能構建正確的話，它既是非阻塞的，又是鎖自由的。java中提供了基于CAS非阻塞算法實現的隊列，比較有代表性的有ConcurrentLinkedQueue和LinkedTransferQueue，它們的性能一般比阻塞隊列的好。

    ConcurrentLinkedQueue

    ConcurrentLinkedQueue是一個基于鏈接節點的無界線程安全隊列，它采用先進先出的規則對節點進行排序，當我們添加一個元素的時候，它會添加到隊列的尾部；當我們獲取一個元素時，它會返回隊列頭部的元素。ConcurrentLinkedQueue的線程安全是通過其插入、刪除時采取CAS操作來保證的。由于使用CAS沒有使用鎖，所以獲取size的時候有可能進行offer，poll或者remove操作，導致獲取的元素個數不精確，所以在并發情況下size函數不是很有用。

    LinkedTransferQueue

    jdk7才提供這個類，這個類實現了TransferQueue接口，也是基于鏈表的，對于所有給定的生產者都是先入先出的。與其他阻塞隊列的區別是：其他阻塞隊列，生產者生產數據，如果隊列沒有滿，放下數據就走，消費者獲取數據，看到有數據獲取數據就走。而LinkedTransferQueue生產者放數據的時候，如果此時消費者沒有獲取，則需阻塞等待直到有消費者過來獲取數據。有點類似SynchronousQueue，但是LinkedTransferQueue是被設計有容量的。LinkedTransferQueue通過使用CAS來實現并發控制，是一個無界的安全隊列。其長度可以無限延伸，當然帶來的問題也是顯而易見的。

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