JavaSE 中的队列简介

一、Java 中的队列

Queue： 基本上，一个队列就是一个先入先出（FIFO）的数据结构。

Queue 接口与 List、Set同一级别，都是继承了Collection接口。

队列分为两大类：非阻塞队列和阻塞队列

二、非阻塞队列

非阻塞队列是指当队列已满时，插入操作立即返回失败，不会等待。当队列为空时，取出操作立即返回空值或抛出异常，不会等待。通常基于 CAS（Compare And Swap）等无锁算法实现，因此也叫“无锁队列”。

1. LinkedList（基于链表的FIFO队列）- 线程不安全

LinkedList 除了实现的 List 接口，也实现了 Deque 接口，可以当做双端队列来使用。

2. ArrayDeque（数组双端队列）- 线程不安全

ArrayDeque是Deque接口的一个实现，使用了可变数组，所以没有容量上的限制。同时，ArrayDeque是线程不安全的，在没有外部同步的情况下，不能在多线程环境下使用。

ArrayDeque是Deque的实现类，可以作为栈来使用，效率高于Stack；也可以作为队列来使用，效率高于LinkedList。需要注意的是，ArrayDeque不支持null值。

3. PriorityQueue（优先级队列）- 线程不安全

PriorityQueue 类实质上维护了一个有序列表。加入到 Queue 中的元素根据它们的天然排序（通过其 java.util.Comparable 实现）或者根据传递给构造函数的 java.util.Comparator 实现来定位。该队列不允许使用 null 元素也不允许插入不可比较的对象

PriorityQueue 队列的头指排序规则最小那个元素。如果多个元素都是最小值则随机选一个。
PriorityQueue 是一个无界队列，但是初始的容量（实际是一个Object[]），随着不断向优先级队列添加元素，其容量会自动扩容，无需指定容量增加策略的细节。

4. ConcurrentLinkedQueue（基于链表的并发队列）- 线程安全

ConcurrentLinkedQueue 是基于链接节点的、线程安全的队列（CAS）。并发访问不需要同步。因为它在队列的尾部添加元素并从头部删除它们，所以只要不需要知道队列的大小，ConcurrentLinkedQueue 对公共集合的共享访问就可以工作得很好。收集关于队列大小的信息会很慢，需要遍历队列。

同样此队列不允许使用null元素，

非阻塞队列的操作方法

• add(E e)：将元素 e 插入到队列末尾，如果插入成功，则返回 true；如果插入失败（即队列已满），则会抛出异常；
• remove()：移除队首元素，若移除成功，则返回 true；如果移除失败（队列为空），则会抛出异常；
• remove(Object o)：移除指定的元素，若移除成功，则返回 true；如果移除失败（队列为空），则会抛出异常
• offer(E e)：将元素 e 插入到队列末尾，如果插入成功，则返回 true；如果插入失败（即队列已满），则返回 false；
• poll()：移除并获取队首元素，若成功，则返回队首元素；否则返回 null；
• peek()：获取队首元素，若成功，则返回队首元素；否则返回 null
• isEmpty()：队列是否为空
• size()：队列长度

对于非阻塞队列，一般情况下建议使用 offer、poll 和 peek 三个方法，不建议使用 add 和 remove 方法。因为使用 offer、poll 和 peek 三个方法可以通过返回值判断操作成功与否，而使用 add 和 remove 方法却不能达到这样的效果。

注意：非阻塞队列中的方法都没有进行同步措施。

三、阻塞队列

阻塞队列是指当队列已满时，执行插入操作会阻塞，直到队列有空位。当队列为空时，执行取出操作会阻塞，直到队列有新元素。

注：生产者-消费者模型中最常用，天然支持“等待/通知”。

1. 阻塞队列

• ArrayBlockingQueue ：一个由数组支持的有界队列。（基于数组的并发阻塞队列）- 线程安全
• LinkedBlockingQueue ：一个由链接节点支持的可选有界队列。（基于链表的FIFO阻塞队列）- 线程安全
• PriorityBlockingQueue ：一个由优先级堆支持的无界优先级队列。（带优先级的无界阻塞队列）
• DelayQueue ：一个由优先级堆支持的、基于时间的调度队列。（延期阻塞队列）- 线程安全
• SynchronousQueue ：一个利用 BlockingQueue 接口的简单聚集（rendezvous）机制。- 线程安全
• LinkedTransferQueue：一个由链表结构组成的无界阻塞队列。- 线程安全
• LinkedBlockingDeque：一个由链表结构组成的双向阻塞队列。- 线程安全

2. 阻塞队列的操作方法

阻塞队列包括了非阻塞队列中的大部分方法，上面列举的5个方法在阻塞队列中都存在，但是要注意这5个方法在阻塞队列中都进行了同步措施。

除此之外，阻塞队列提供了另外4个非常有用的方法：

• put(E e)：用来向队尾存入元素，如果队列满，则等待；
• take()：用来从队首取元素，如果队列为空，则等待；
• offer(E e,long timeout, TimeUnit unit)：用来向队尾存入元素，如果队列满，则等待一定的时间，当时间期限达到时，如果还没有插入成功，则返回false；否则返回true；
• poll(long timeout, TimeUnit unit)：用来从队首取元素，如果队列空，则等待一定的时间，当时间期限达到时，如果取到，则返回null；否则返回取得的元素；

四、使用场景

场景	推荐
生产者-消费者解耦、线程池任务队列	阻塞队列
高并发、短任务、要求低延迟	非阻塞队列
允许任务丢弃或立即重试	非阻塞队列

总结一句话：阻塞队列用“等”来解决供需不匹配，非阻塞队列用“立即返回”来避免线程挂起。 选择时主要看业务能否接受阻塞等待，以及对性能和背压的要求。