我们知道，队列（Queue）是先进先出（FIFO）的，并且我们可以用数组、链表还有 List 的方式来实现自定义队列，那么本文我们来系统的学习一下官方是如何实现队列的。
Java 中的队列有很多，例如：ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue、PriorityQueue、DelayQueue、SynchronousQueue 等，那它们的作用是什么？又是如何分类的呢？
其实 Java 中的这些队列可以从不同的维度进行分类，例如可以从阻塞和非阻塞进行分类，也可以从有界和无界进行分类，而本文将从队列的功能上进行分类，例如：优先队列、普通队列、双端队列、延迟队列等。
虽然本文的重点是从功能上对队列进行解读，但其它分类也是 Java 中的重要概念，所以我们先来了解一下它们。
阻塞队列和非阻塞队列阻塞队列（Blocking Queue）提供了可阻塞的 put 和 take 方法，它们与可定时的 offer 和 poll 是等价的。如果队列满了 put 方法会被阻塞等到有空间可用再将元素插入；如果队列是空的，那么 take 方法也会阻塞，直到有元素可用。当队列永远不会被充满时，put 方法和 take 方法就永远不会阻塞。
我们可以从队列的名称中知道此队列是否为阻塞队列，阻塞队列中包含 BlockingQueue 关键字，比如以下这些：
ArrayBlockingQueueLinkedBlockingQueuePriorityBlockingQueue.......阻塞队列功能演示接下来我们来演示一下当阻塞队列的容量满了之后会怎样，示例代码如下：
代码语言：javascript复制import java.util.Date;
import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
public class BlockingTest {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// 创建一个长度为 5 的阻塞队列
ArrayBlockingQueue q1 = new ArrayBlockingQueue(5);
// 新创建一个线程执行入列
new Thread(() -> {
// 循环 10 次
for (int i = 0; i < 10; i++) {
try {
q1.put(i);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(new Date() + " | ArrayBlockingQueue Size:" + q1.size());
}
System.out.println(new Date() + " | For End.");
}).start();
// 新创建一个线程执行出列
new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
try {
// 休眠 1S
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
if (!q1.isEmpty()) {
try {
q1.take(); // 出列
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}).start();
}
}
以上代码的执行结果如下：
Mon Oct 19 20:16:12 CST 2020 | ArrayBlockingQueue Size:1
Mon Oct 19 20:16:12 CST 2020 | ArrayBlockingQueue Size:2
Mon Oct 19 20:16:12 CST 2020 | ArrayBlockingQueue Size:3
Mon Oct 19 20:16:12 CST 2020 | ArrayBlockingQueue Size:4
Mon Oct 19 20:16:12 CST 2020 | ArrayBlockingQueue Size:5
Mon Oct 19 20:16:13 CST 2020 | ArrayBlockingQueue Size:5
Mon Oct 19 20:16:14 CST 2020 | ArrayBlockingQueue Size:5
Mon Oct 19 20:16:15 CST 2020 | ArrayBlockingQueue Size:5
Mon Oct 19 20:16:16 CST 2020 | ArrayBlockingQueue Size:5
Mon Oct 19 20:16:17 CST 2020 | ArrayBlockingQueue Size:5
Mon Oct 19 20:16:17 CST 2020 | For End.
从上述结果可以看出，当 ArrayBlockingQueue 队列满了之后就会进入阻塞，当过了 1 秒有元素从队列中移除之后，才会将新的元素入列。
非阻塞队列非阻塞队列也就是普通队列，它的名字中不会包含 BlockingQueue 关键字，并且它不会包含 put 和 take 方法，当队列满之后如果还有新元素入列会直接返回错误，并不会阻塞的等待着添加元素，如下图所示：
非阻塞队列的典型代表是 ConcurrentLinkedQueue 和 PriorityQueue。
有界队列和无界队列有界队列：是指有固定大小的队列，比如设定了固定大小的 ArrayBlockingQueue，又或者大小为 0 的 SynchronousQueue。
无界队列：指的是没有设置固定大小的队列，但其实如果没有设置固定大小也是有默认值的，只不过默认值是 Integer.MAX_VALUE，当然实际的使用中不会有这么大的容量（超过 Integer.MAX_VALUE），所以从使用者的角度来看相当于 “无界”的。
按功能分类接下来就是本文的重点了，我们以功能来划分一下队列，它可以被分为：普通队列、优先队列、双端队列、延迟队列、其他队列等，接下来我们分别来看。
1.普通队列普通队列（Queue）是指实现了先进先出的基本队列，例如 ArrayBlockingQueue 和 LinkedBlockingQueue，其中 ArrayBlockingQueue 是用数组实现的普通队列，如下图所示：
而 LinkedBlockingQueue 是使用链表实现的普通队列，如下图所示：
常用方法普通队列中的常用方法有以下这些：
offer()：添加元素，如果队列已满直接返回 false，队列未满则直接插入并返回 true；poll()：删除并返回队头元素，当队列为空返回 null；add()：添加元素，此方法是对 offer 方法的简单封装，如果队列已满，抛出 IllegalStateException 异常；remove()：直接删除队头元素；put()：添加元素，如果队列已经满，则会阻塞等待插入；take()：删除并返回队头元素，当队列为空，则会阻塞等待；peek()：查询队头元素，但不会进行删除；element()：对 peek 方法进行简单封装，如果队头元素存在则取出并不删除，如果不存在抛出 NoSuchElementException 异常。注意：一般情况下 offer() 和 poll() 方法配合使用，put() 和 take() 阻塞方法配合使用，add() 和 remove() 方法会配合使用，程序中常用的是 offer() 和 poll() 方法，因此这两个方法比较友好，不会报错。
接下来我们以 LinkedBlockingQueue 为例，演示一下普通队列的使用：
代码语言：javascript复制import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
static class LinkedBlockingQueueTest {
public static void main(String[] args) {
LinkedBlockingQueue queue = new LinkedBlockingQueue();
queue.offer("Hello");
queue.offer("Java");
queue.offer("中文社群");
while (!queue.isEmpty()) {
System.out.println(queue.poll());
}
}
}
以上代码的执行结果如下：
Hello
Java
中文社群
2.双端队列双端队列（Deque）是指队列的头部和尾部都可以同时入队和出队的数据结构，如下图所示：
接下来我们来演示一下双端队列 LinkedBlockingDeque 的使用：
代码语言：javascript复制import java.util.concurrent.LinkedBlockingDeque;
/**
* 双端队列示例
*/
static class LinkedBlockingDequeTest {
public static void main(String[] args) {
// 创建一个双端队列
LinkedBlockingDeque deque = new LinkedBlockingDeque();
deque.offer("offer"); // 插入首个元素
deque.offerFirst("offerFirst"); // 队头插入元素
deque.offerLast("offerLast"); // 队尾插入元素
while (!deque.isEmpty()) {
// 从头遍历打印
System.out.println(deque.poll());
}
}
}
以上代码的执行结果如下：
offerFirst
offer
offerLast
3.优先队列优先队列（PriorityQueue）是一种特殊的队列，它并不是先进先出的，而是优先级高的元素先出队。
优先队列是根据二叉堆实现的，二叉堆的数据结构如下图所示：
二叉堆分为两种类型：一种是最大堆一种是最小堆。以上展示的是最大堆，在最大堆中，任意一个父节点的值都大于等于它左右子节点的值。
因为优先队列是基于二叉堆实现的，因此它可以将优先级最好的元素先出队。
接下来我们来演示一下优先队列的使用：
代码语言：javascript复制import java.util.PriorityQueue;
public class PriorityQueueTest {
// 自定义的实体类
static class Viper {
private int id; // id
private String name; // 名称
private int level; // 等级
public Viper(int id, String name, int level) {
this.id = id;
this.name = name;
this.level = level;
}
public int getId() {
return id;
}
public void setId(int id) {
this.id = id;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public int getLevel() {
return level;
}
public void setLevel(int level) {
this.level = level;
}
}
public static void main(String[] args) {
PriorityQueue queue = new PriorityQueue(10, new Comparator
@Override
public int compare(Viper v1, Viper v2) {
// 设置优先级规则（倒序，等级越高权限越大）
return v2.getLevel() - v1.getLevel();
}
});
// 构建实体类
Viper v1 = new Viper(1, "Java", 1);
Viper v2 = new Viper(2, "MySQL", 5);
Viper v3 = new Viper(3, "Redis", 3);
// 入列
queue.offer(v1);
queue.offer(v2);
queue.offer(v3);
while (!queue.isEmpty()) {
// 遍历名称
Viper item = (Viper) queue.poll();
System.out.println("Name：" + item.getName() +
" Level：" + item.getLevel());
}
}
}
以上代码的执行结果如下：
Name：MySQL Level：5
Name：Redis Level：3
Name：Java Level：1
从上述结果可以看出，优先队列的出队是不考虑入队顺序的，它始终遵循的是优先级高的元素先出队。
4.延迟队列延迟队列（DelayQueue）是基于优先队列 PriorityQueue 实现的，它可以看作是一种以时间为度量单位的优先的队列，当入队的元素到达指定的延迟时间之后方可出队。
我们来演示一下延迟队列的使用：
代码语言：javascript复制import lombok.Getter;
import lombok.Setter;
import java.text.DateFormat;
import java.util.Date;
import java.util.concurrent.DelayQueue;
import java.util.concurrent.Delayed;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class CustomDelayQueue {
// 延迟消息队列
private static DelayQueue delayQueue = new DelayQueue();
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
producer(); // 调用生产者
consumer(); // 调用消费者
}
// 生产者
public static void producer() {
// 添加消息
delayQueue.put(new MyDelay(1000, "消息1"));
delayQueue.put(new MyDelay(3000, "消息2"));
}
// 消费者
public static void consumer() throws InterruptedException {
System.out.println("开始执行时间：" +
DateFormat.getDateTimeInstance().format(new Date()));
while (!delayQueue.isEmpty()) {
System.out.println(delayQueue.take());
}
System.out.println("结束执行时间：" +
DateFormat.getDateTimeInstance().format(new Date()));
}
static class MyDelay implements Delayed {
// 延迟截止时间（单位：毫秒）
long delayTime = System.currentTimeMillis();
// 借助 lombok 实现
@Getter
@Setter
private String msg;
/**
* 初始化
* @param delayTime 设置延迟执行时间
* @param msg 执行的消息
*/
public MyDelay(long delayTime, String msg) {
this.delayTime = (this.delayTime + delayTime);
this.msg = msg;
}
// 获取剩余时间
@Override
public long getDelay(TimeUnit unit) {
return unit.convert(delayTime - System.currentTimeMillis(), TimeUnit.MILLISECONDS);
}
// 队列里元素的排序依据
@Override
public int compareTo(Delayed o) {
if (this.getDelay(TimeUnit.MILLISECONDS) > o.getDelay(TimeUnit.MILLISECONDS)) {
return 1;
} else if (this.getDelay(TimeUnit.MILLISECONDS) < o.getDelay(TimeUnit.MILLISECONDS)) {
return -1;
} else {
return 0;
}
}
@Override
public String toString() {
return this.msg;
}
}
}
以上代码的执行结果如下：
开始执行时间：2020-10-20 20:17:28
消息1
消息2
结束执行时间：2020-10-20 20:17:31
从上述结束执行时间和开始执行时间可以看出，消息 1 和消息 2 都正常实现了延迟执行的功能。
5.其他队列在 Java 的队列中有一个比较特殊的队列 SynchronousQueue，它的特别之处在于它内部没有容器，每次进行 put() 数据后（添加数据），必须等待另一个线程拿走数据后才可以再次添加数据，它的使用示例如下：
代码语言：javascript复制import java.util.concurrent.SynchronousQueue;
public class SynchronousQueueTest {
public static void main(String[] args) {
SynchronousQueue queue = new SynchronousQueue();
// 入队
new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 3; i++) {
try {
System.out.println(new Date() + "，元素入队");
queue.put("Data " + i);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}).start();
// 出队
new Thread(() -> {
while (true) {
try {
Thread.sleep(1000);
System.out.println(new Date() + "，元素出队：" + queue.take());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}).start();
}
}
以上代码的执行结果如下：
Mon Oct 19 21:00:21 CST 2020，元素入队
Mon Oct 19 21:00:22 CST 2020，元素出队：Data 0
Mon Oct 19 21:00:22 CST 2020，元素入队
Mon Oct 19 21:00:23 CST 2020，元素出队：Data 1
Mon Oct 19 21:00:23 CST 2020，元素入队
Mon Oct 19 21:00:24 CST 2020，元素出队：Data 2
从上述结果可以看出，当有一个元素入队之后，只有等到另一个线程将元素出队之后，新的元素才能再次入队。
总结本文讲了 Java 中的 5 种队列：普通队列、双端队列、优先队列、延迟队列、其他队列。其中普通队列的典型代表为 ArrayBlockingQueue 和 LinkedBlockingQueue，双端队列的代表为 LinkedBlockingDeque，优先队列的代表为 PriorityQueue，延迟队列的代表为 DelayQueue，最后还讲了内部没有容器的其他队列 SynchronousQueue.
------------------