源码分析之Queue（一）Queue & Deque & BlockingQueue

Queue源码解析

　　Queue是Java集合框架中的一员，继承于Collection接口。与List、Set相同的是，Queue也实现了一种数据结构，这就是队列。队列是计算机中的一种数据结构，保存在其中的数据具有“先进先出（FIFO,First In First Out）”的特性。

public interface Queue<E> extends Collection<E> {
    /**
     * Inserts the specified element into this queue if it is possible to do so immediately without violating capacity restrictions
     * 将元素插入队列*/
    boolean add(E e);

    /**
     * Inserts the specified element into this queue if it is possible to do so immediately without violating capacity restrictions.
     * 将元素插入队列，与add相比，在容量受限时应使用这个*/
    boolean offer(E e);

    /**
     * Retrieves and removes the head of this queue.  This method differs from {@link #poll poll} only in that it throws an exception if this queue is empty.
     * 将队首的元素删除，当队列为空时，则抛出异常
*/
    E remove();

    /**
     * Retrieves and removes the head of this queue,or returns {@code null} if this queue is empty.
     * 将对首的元素删除，当队列为空时，则返回null
     * @return the head of this queue, or {@code null} if this queue is empty
     */
    E poll();

    /**
     * Retrieves, but does not remove, the head of this queue.  This method differs from {@link #peek peek} only in that it throws an exception if this queue is empty.     * 获取队首元素但不移除，当队列为空时，则抛出异常
     * @return the head of this queue
     * @throws NoSuchElementException if this queue is empty
     */
    E element();

    /**
     * Retrieves, but does not remove, the head of this queue,or returns {@code null} if this queue is empty.　　　* 获取队首元素但不移除，当队列为空时，则返回Null
     * @return the head of this queue, or {@code null} if this queue is empty
     */
    E peek();
}

Deque源码解决　

　　Deque全称为double ended queue，即双向队列，它允许在两侧插入或删除元素，同时也建议我们不要向其中插入null值。除此之外，其余特性则和父级Queue类似。Deque中定义的方法主要分为四部分，第一部分就如Deque定义所言，提供两侧插入或删除的方法。第二部分是继承自Queue的实现。第三部分表示如果要基于此实现一个Stack，需要实现的方法。最后一部分是继承自Collection的方法。

public interface Deque<E> extends Queue<E> {
　　//针对两侧操作
   //在队首添加元素
   void addFirst(E e);
   //在队首添加元素
   boolean offerFirst(E e);
   //在队尾添加元素
   void addLast(E e);
   boolean offerLast(E e);
   //删除队首元素
   E removeFirst();
   E pollFirst();
   //删除队尾元素
   E removeLast();
   E pollLast();
   //获取队首元素
   E getFirst();
   E peekFirst();
   //获取队尾元素
   E getLast();
   E peekLast();
   //删除第一个事件，大多数指的是删除第一个和 o equals的元素
   boolean removeFirstOccurrence(Object o);
   //删除最后一个事件，大多数指的是删除最后一个和 o equals的元素
   boolean removeLastOccurrence(Object o);

   //实现Stack  Stack仅在一侧支持插入删除操作等操作，遵循LIFO原则。
   //与addFirst()等价
   void push(E e);
   //与removeFirst()等价
   E pop();
}

BlockingQueue源码解析

　　在新增的Concurrent包中，BlockingQueue很好的解决了多线程中，如何高效安全“传输”数据的问题。通过这些高效并且线程安全的队列类，为我们快速搭建高质量的多线程程序带来极大的便利。

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

    //将给定的元素设置到队列中，如果设置成功返回true, 否则抛出异常。如果是往限定了长度的队列中设置值，推荐使用offer()方法。
    boolean add(E e);

    //将给定的元素设置到队列中，如果设置成功返回true, 否则返回false. e的值不能为空，否则抛出空指针异常。
    boolean offer(E e);

    //将元素设置到队列中，如果队列中没有多余的空间，该方法会一直阻塞，直到队列中有多余的空间。
    void put(E e) throws InterruptedException;

    //将给定元素在给定的时间内设置到队列中，如果设置成功返回true, 否则返回false.
    boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException;

    //从队列中获取值，如果队列中没有值，线程会一直阻塞，直到队列中有值，并且该方法取得了该值。
    E take() throws InterruptedException;

    //在给定的时间里，从队列中获取值，时间到了直接调用普通的poll方法，为null则直接返回null。
    E poll(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException;

    //获取队列中剩余的空间。
    int remainingCapacity();

    //从队列中移除指定的值。
    boolean remove(Object o);

    //判断队列中是否拥有该值。
    public boolean contains(Object o);

    //将队列中值，全部移除，并发设置到给定的集合中。
    int drainTo(Collection<? super E> c);

    //指定最多数量限制将队列中值，全部移除，并发设置到给定的集合中。
    int drainTo(Collection<? super E> c, int maxElements);
}

方法分类：

	抛出异常	特殊值	阻塞	超时
插入	add(e)	offer(e)	put(e)	offer(e, time, unit)
移除	remove()	poll()	take()	poll(time, unit)
取值	element()	peek()	不可用	不可用

阻塞队列成员：

队列	有界性	锁	数据结构
ArrayBlockingQueue	bounded(有界)	加锁	arrayList
LinkedBlockingQueue	optionally-bounded	加锁	linkedList
PriorityBlockingQueue	unbounded	加锁	heap
DelayQueue	unbounded	加锁	heap
SynchronousQueue	bounded	加锁	无
LinkedTransferQueue	unbounded	加锁	heap
LinkedBlockingDeque	unbounded	无锁	heap

• ArrayBlockingQueue：是一个用数组实现的线程安全的有界阻塞队列，此队列按照先进先出（FIFO）的原则对元素进行排序。支持公平锁和非公平锁。【注：每一个线程在获取锁的时候可能都会排队等待，如果在等待时间上，先获取锁的线程的请求一定先被满足，那么这个锁就是公平的。反之，这个锁就是不公平的。公平的获取锁，也就是当前等待时间最长的线程先获取锁】
• LinkedBlockingQueue：一个由链表结构组成的有界队列，此队列的长度为Integer.MAX_VALUE。此队列按照先进先出的顺序进行排序。
• PriorityBlockingQueue： 一个支持线程优先级排序的无界队列，默认自然序进行排序，也可以自定义实现compareTo()方法来指定元素排序规则，不能保证同优先级元素的顺序。
• DelayQueue： 一个实现PriorityBlockingQueue实现延迟获取的无界队列，在创建元素时，可以指定多久才能从队列中获取当前元素。只有延时期满后才能从队列中获取元素。（DelayQueue可以运用在以下应用场景：1.缓存系统的设计：可以用DelayQueue保存缓存元素的有效期，使用一个线程循环查询DelayQueue，一旦能从DelayQueue中获取元素时，表示缓存有效期到了。2.定时任务调度。使用DelayQueue保存当天将会执行的任务和执行时间，一旦从DelayQueue中获取到任务就开始执行，从比如TimerQueue就是使用DelayQueue实现的。）
• SynchronousQueue： 一个不存储元素的阻塞队列，每一个put操作必须等待take操作，否则不能添加元素。支持公平锁和非公平锁。SynchronousQueue的一个使用场景是在线程池里。Executors.newCachedThreadPool()就使用了SynchronousQueue，这个线程池根据需要（新任务到来时）创建新的线程，如果有空闲线程则会重复使用，线程空闲了60秒后会被回收。
• LinkedTransferQueue： 一个由链表结构组成的无界阻塞队列，相当于其它队列，LinkedTransferQueue队列多了transfer和tryTransfer方法。
• LinkedBlockingDeque： 一个由链表结构组成的双向阻塞队列。队列头部和尾部都可以添加和移除元素，多线程并发时，可以将锁的竞争最多降到一半。