面试题：Java线程池中常用阻塞队列的特点及适用场景

Question

请简要介绍Java线程池中常用的几种阻塞队列，如ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue、SynchronousQueue和PriorityBlockingQueue，它们各自的特点是什么，在实际应用中，根据哪些因素来选择合适的阻塞队列？

Answer 1

ArrayBlockingQueue

• 特点：
  • 基于数组实现的有界阻塞队列，队列的容量在创建时就已确定，后续无法改变。
  • 按照FIFO（先进先出）原则对元素进行排序。
  • 支持公平锁和非公平锁，默认使用非公平锁，公平锁会降低吞吐量，但能保证线程获取锁的顺序是按照请求顺序。
• 应用场景：适用于已知任务数量，需要限制队列大小以控制资源消耗的场景，例如固定大小的缓存队列。

LinkedBlockingQueue

• 特点：
  • 基于链表实现的阻塞队列，可选有界或无界（若构造函数不传容量参数则为无界）。
  • 按照FIFO原则对元素进行排序。
  • 由于链表结构，在队列头部和尾部操作元素效率较高。
• 应用场景：适用于任务量不确定，需要一个较大容量队列来缓冲任务的场景，如高并发的消息队列。

SynchronousQueue

• 特点：
  • 不存储元素的阻塞队列，每个插入操作必须等待另一个线程的移除操作，反之亦然。
  • 队列本身不存储数据，因此吞吐量高于其他有容量的队列。
  • 可用于传递性设计模式，如生产者 - 消费者模式中，生产者和消费者之间直接传递数据。
• 应用场景：适用于希望立即处理任务，不希望任务在队列中等待的场景，比如实时性要求较高的系统。

PriorityBlockingQueue

• 特点：
  • 基于堆结构实现的无界阻塞队列，元素按照自然顺序或者自定义比较器的顺序进行排序。
  • 队列中的元素必须实现Comparable接口或者在构造函数中传入Comparator。
  • 由于是无界队列，向队列添加元素不会阻塞，除非系统资源耗尽。
• 应用场景：适用于需要根据任务优先级进行处理的场景，例如任务调度系统，高优先级任务优先执行。

选择因素

1. 任务数量：若任务数量已知且有限，ArrayBlockingQueue可有效控制资源；若任务量不确定，LinkedBlockingQueue或PriorityBlockingQueue（无界）更合适。
2. 实时性要求：对实时性要求高，希望任务不等待直接处理，SynchronousQueue是较好选择。
3. 任务优先级：若任务有优先级之分，需按优先级处理，应选择PriorityBlockingQueue。
4. 性能考量：在高并发场景下，SynchronousQueue吞吐量较高；而LinkedBlockingQueue由于链表结构在操作效率上有优势，ArrayBlockingQueue在控制队列大小和资源消耗方面更具优势。