Java集合框架-Queue

Queue简介

Java集合框架中的队列来自于最基本的Queue接口：

public interface Queue<E> extends Collection<E> {

    boolean add(E e);
    boolean offer(E e);
    E remove();
    E poll();
    E element();
    E peek();

}

• add/offer 添加元素，add等同于Collection中的add方法，队列满了之后调用add方法会抛出异常，offer则返回false表示添加失败
• remove/poll 删除第一个元素，remove等同于Collection中的remove方法，队列为空以后调用会抛出异常，而poll会返回null
• element/peek 查询头部元素，同上，但是不移除元素。

util包中的Queue

Java中常用的队列分为两种，一种是util包中的常规队列，主要包括PriorityQueue，ArrayDeque。

PriorityQueue

1. PriorityQueue是有序队列，数据存放顺序由指定的Comparator（如果有）或自然排序决定，而不是插入时的顺序。
2. PriorityQueue不能插入null值，会抛出异常
3. PriorityQueue采用数组存储数据，没有同步方法，是线程不安全的。

ArrayDequeue

ArrayDequeue是双端队列，继承了Dequeue接口，除了Queue中的方法之外，它还有一些addFirst/ offerFirst，removeLast/pollLast 等指定头尾的操作。
它内部也是采用数组存储数据，存储顺序为插入顺序，同样不能接受null值，并且线程不安全

Concurrent包中的Queue

Concurrent包中又分为两类队列，一类是阻塞队列，实现了BlockingQueue接口，另一类是非阻塞队列，只是加了同步。

非阻塞队列

非阻塞队列有ConcurrentLinkedDeque和ConcurrentLinkedQeque，一个单端一个双端队列，都是先进先出原则，不会阻塞，线程安全

阻塞队列

• ArrayBlockingQueue 数组实现的有界队列，必须指定容量，可以实现公平锁或非公平锁，默认非公平锁
• LinkedBlockingQueue 链表实现的有界队列，默认容量为MAX。采用链表存储的方式，在添加移除数据时会产生大量的node节点对象，内存消耗比数组要严重。LinkedBlockingQueue的put和take锁是分离的，多线程读写效率比ArrayBlockingQueue要高。
• LinkedBlockingDeque同上，双端队列
• PriorityBlockingQueue *的有序队列，按照指定的Comparator或自然排序存储数据，默认初始容量为11，可以指定初始容量，存满后自动扩容。
• SynchronousQueue 不存储元素，每一个put操作都要等待take取走数据之后才能进行
• DelayQueue 延时队列
• LinkedTransferQueue

他们都继承自BlockingQueue接口：

public interface BlockingQueue<E> extends Queue<E> {
    boolean add(E e);
    boolean offer(E e);

    void put(E e) throws InterruptedException;
    boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException;
    E take() throws InterruptedException;
    E poll(long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException;
    boolean remove(Object o);
}

除了继承自Queue接口的方法以外，它新增了阻塞方法，put和take，另外新增了可以指定超时时间的offer和poll方法。

延时队列DelayQueue：

它内部采用了PriorityBlockingQueue存储数据，按照延时时间的顺序来存放。存放元素必须是实现了Delayed接口的对象。Delayed接口本身只有一个方法，另外它还继承了Comparable，也就是说它的存储对象必须实现以下两个方法：

long getDelay(TimeUnit unit);
public int compareTo(T o);

getDelay返回值为long类型，只有当返回值小于等于0的时候，才认为该元素的延时时间已经结束，可以被取出了，如果所有元素都处于等待状态，那么取出的值为null。
compareTo决定了元素存放的顺序，通常是按delay时间升序排列。

LinkedTransferQueue:

除了阻塞队列的通用方法之外，它多了一个transfer功能：

• transfer(E e)：若当前存在一个正在等待获取的消费者线程，即立刻移交；否则，会插入当前元素e到队列尾部，并且进入阻塞状态，直到有消费者线程取走该元素。

• tryTransfer(E e)：若当前存在一个正在等待获取的消费者线程（take()或者poll()），使用该方法会即刻转移/传输对象元素e；若不存在，则返回false，并且数据不插入队列，非阻塞方法。

• tryTransfer(E e, long timeout, TimeUnit unit)：若当前存在一个正在等待获取的消费者线程，会立即传输给它;否则将插入元素e到队列尾部，并且等待被消费者线程获取消费掉；若在指定的时间内元素e无法被消费者线程获取，则返回false，同时该元素被移除。

• hasWaitingConsumer()：判断是否存在消费者线程。

• getWaitingConsumerCount()：获取所有等待获取元素的消费线程数量。