【098期】面试官：精通多线程？你手写过堵塞队列吗？我懵了。。

Java精选 2022-08-09

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面试官：你好，你先做个自我介绍吧！

某人：面试官你好，我叫开局一张嘴面试全靠吹，某某年毕业，毕业自家里蹲大学，做过某某项目。。。。。。

面试官微微一笑,捋了捋稀疏的头发：看你简历，你精通多线程？那你手写过堵塞队列吗？

某人心里出现一万个问号，堵塞队列是啥玩意？平时基本都是crud，顶多用多线程跑数据。

某人：没有手写过。

面试官：哦，那你说下堵塞队列吧！

某人支支吾吾：这个有点忘了！

面试官：没事，那我们下一个。

此处省略一万字。

面试官扭了扭严重负荷的颈椎：先到这里吧，你先回去等通知。

某人：好的。

不出意外，某人等了一个月，等的望眼欲穿，也没等到那个期待的电话。

1.什么是队列

队列是一种特殊的线性表，特殊之处在于它只允许在表的前端（front）进行删除操作，而在表的后端（rear）进行插入操作，和栈一样，队列是一种操作受限制的线性表。进行插入操作的端称为队尾，进行删除操作的端称为队头。

队列其实就是跟平时排队一样，按照顺序来，先排队的先买到东西，后排队的后买到东西，排队的第一个叫队头，最后一个叫队尾，这就是队列的先进先出，这是和栈最大的区别。

2.什么是堵塞队列?

当队列为空时，消费者挂起，队列已满时，生产者挂起，这就是生产-消费者模型，堵塞其实就是将线程挂起。因为生产者的生产速度和消费者的消费速度之间的不匹配，就可以通过堵塞队列让速度快的暂时堵塞, 如生产者每秒生产两个数据，而消费者每秒消费一个数据，当队列已满时，生产者就会堵塞（挂起），等待消费者消费后，再进行唤醒。

堵塞队列会通过挂起的方式来实现生产者和消费者之间的平衡，这是和普通队列最大的区别。

3.如何实现堵塞队列？

jdk其实已经帮我们提供了实现方案，java5增加了concurrent包，concurrent包中的BlockingQueue就是堵塞队列，我们不需要关心BlockingQueue如何实现堵塞，一切都帮我们封装好了，只需要做一个没有感情的API调用者就行。

4.BlockingQueue如何使用？

BlockingQueue本身只是一个接口，规定了堵塞队列的方法，主要依靠几个实现类实现。

4.1 BlockingQueue主要方法

1）插入数据（1）offer(E e)：如果队列没满，返回true，如果队列已满，返回false（不堵塞）（2）offer(E e, long timeout, TimeUnit unit)：可以设置等待时间，如果队列已满，则进行等待。超过等待时间，则返回false （3）put(E e)：无返回值，一直等待，直至队列空出位置。

2）获取数据（1）poll()：如果有数据，出队，如果没有数据，返回null （2）poll(long timeout, TimeUnit unit)：可以设置等待时间，如果没有数据，则等待，超过等待时间，则返回null （3）take()：如果有数据，出队。如果没有数据，一直等待（堵塞）。

4.2 BlockingQueue主要实现类

1）ArrayBlockingQueue：ArrayBlockingQueue是基于数组实现的，通过初始化时设置数组长度，是一个有界队列，而且ArrayBlockingQueue和LinkedBlockingQueue不同的是，ArrayBlockingQueue只有一个锁对象，而LinkedBlockingQueue是两个锁对象，一个锁对象会造成要么是生产者获得锁，要么是消费者获得锁，两者竞争锁，无法并行。

2）LinkedBlockingQueue：LinkedBlockingQueue是基于链表实现的，和ArrayBlockingQueue不同的是，大小可以初始化设置，如果不设置，默认设置大小为Integer.MAX_VALUE，LinkedBlockingQueue有两个锁对象，可以并行处理。

3）DelayQueue：DelayQueue是基于优先级的一个无界队列，队列元素必须实现Delayed接口，支持延迟获取，元素按照时间排序，只有元素到期后，消费者才能从队列中取出。

4）PriorityBlockingQueue：PriorityBlockingQueue是基于优先级的一个无界队列，底层是基于数组存储元素的，元素按照优选级顺序存储，优先级是通过Comparable的compareTo方法来实现的（自然排序），和其他堵塞队列不同的是，其只会堵塞消费者，不会堵塞生产者，数组会不断扩容，这就是一个彩蛋，使用时要谨慎。

5）SynchronousQueue：SynchronousQueue是一个特殊的队列，其内部是没有容器的，所以生产者生产一个数据，就堵塞了，必须等消费者消费后，生产者才能再次生产，称其为队列有点不合适，现实生活中，多个人才能称为队，一个人称为队有些说不过去。

5.手写堵塞队列

我是参照了ArrayBlockingQueue的源码写的，欢迎大家斧正。另外推荐公众号Java精选，回复Java面试，获取最新版在线面试题资料。

/**
 * @author yz
 * @version 1.0
 * @date 2020/10/31 11:24
 */
    public class YzBlockingQuery {

    private Object[] tab; //队列容器

    private int takeIndex; //出队下标

    private int putIndex; //入队下标

    private int size;//元素数量

    private ReentrantLock reentrantLock = new ReentrantLock();

    private Condition notEmpty;//读条件

    private Condition notFull;//写条件

    public YzBlockingQuery(int tabCount) {
        if (tabCount <= 0) {
            new NullPointerException();
        }

        tab = new Object[tabCount];
        notEmpty = reentrantLock.newCondition();
        notFull = reentrantLock.newCondition();
    }

    public boolean offer(Object obj) {
        if (obj == null) { throw new NullPointerException(); }
        try {
            //获取锁
            reentrantLock.lock();
            //队列已满
            while (size==tab.length){
                System.out.println("队列已满");
                //堵塞
                notFull.await();
            }
            tab[putIndex]=obj;
            if(++putIndex==tab.length){
                putIndex=0;
            }
            size++;
            //唤醒读线程
            notEmpty.signal();
            return true;
        } catch (Exception e) {
            //唤醒读线程
            notEmpty.signal();
        } finally {
            reentrantLock.unlock();
        }
        return false;
    }


    public Object take(){
        try {
            reentrantLock.lock();
            while (size==0){
                System.out.println("队列空了");
                //堵塞
                notEmpty.await();
            }
            Object obj= tab[takeIndex];
            //如果到了最后一个，则从头开始，公众号Java精选，回复Java面试
            if(++takeIndex==tab.length){
                takeIndex=0;
            }
            size--;
            //唤醒写线程
            notFull.signal();
            return obj;
        }catch (Exception e){
            //唤醒写线程
            notFull.signal();
        }finally {
            reentrantLock.unlock();
        }
        return null;
    }


    public static void main(String[] args) {
        Random random = new Random(100);
        YzBlockingQuery yzBlockingQuery=new YzBlockingQuery(5);
        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            for (int i=0;i<100;i++) {
                try {
                    Thread.sleep(300);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                yzBlockingQuery.offer(i);
                System.out.println("生产者生产了："+i);
            }
        });
    
        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            for (int i=0;i<100;i++) {
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                Object take = yzBlockingQuery.take();
                System.out.println("消费者消费了："+take);
            }
        });
    
        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}