Java阻塞队列是一种可以实现阻塞插入和阻塞移除的特殊队列，它被广泛应用于生产者消费者模式。如在线程池中，可以使用LinkedBlockingQueue与SynchronousQueue等阻塞队列来生产与消费线程对象。
下面将简单介绍Java中常用的几个阻塞队列。
一、阻塞队列汇总
阻塞队列位于JUC包(即java.util.concurrent包)，该包保存了Java并发的大多数类，如：锁、阻塞队列、线程池等。
JUC下的阻塞队列共有3个接口与7个实现类，他们的关系如下所示：
@startuml Java阻塞队列类图
title Java阻塞队列类图
class ArrayBlockingQueue
interface BlockingDeque
interface BlockingQueue
class DelayQueue
class LinkedBlockingDeque
class LinkedBlockingQueue
class LinkedTransferQueue
class PriorityBlockingQueue
class SynchronousQueue
interface TransferQueue
BlockingQueue <|.. ArrayBlockingQueue
BlockingQueue <|-- BlockingDeque
BlockingQueue <|.. DelayQueue
BlockingQueue <|.. LinkedBlockingQueue
BlockingQueue <|.. PriorityBlockingQueue
BlockingQueue <|.. SynchronousQueue
BlockingQueue <|-- TransferQueue
BlockingDeque <|.. LinkedBlockingDeque
TransferQueue <|.. LinkedTransferQueue
@enduml
上述类图中，BlockingQueue是阻塞队列的顶层接口，BlockingDeque与TransferQueue则是继承自BlockingQueue的两个用于实现特殊功能的接口。剩下的7个阻塞队列实现类均实现了上述3个接口，它们如下所示：
| 阻塞队列类 | JDK版本 | 有界性 |
|---|---|---|
| ArrayBlockingQueue | 5 | 有界(bounded) |
| LinkedBlockingQueue | 5 | 有界(optionally-bounded) |
| PriorityBlockingQueue | 5 | 无界(unbounded) |
| DelayQueue | 5 | 无界(unbounded) |
| SynchronousQueue | 5 | - |
| LinkedBlockingDeque | 6 | 有界(optionally-bounded) |
| LinkedTransferQueue | 7 | 无界(unbounded) |
除了阻塞队列外，JUC包下还有一个非阻塞队列：
ConcurrentLinkedQueue，该类不在本节讨论之中。
二、阻塞队列概述
（一）阻塞队列的抽象定义：BlockingQueue
BlockingQueue定义了阻塞队列的抽象结构，所有的阻塞队列都需要实现它。BlockingQueue的核心方法如下所示：
| 方法 | 抛出异常 | 返回特殊值 | 阻塞 | 超时阻塞 |
|---|---|---|---|---|
| 插入 | add(e) | offer(e) | put(e) | offer(e, time, unit) |
| 移除 | remove() | poll() | take() | poll(time, unit) |
| 检查 | element() | peek() | - | - |
在对队列执行以下三种操作时：
- 在队列满时插入元素：使用
add、offer、put插入方法 - 在队列空时移除元素：使用
remove、poll、take移除方法 - 在队列空时检查元素：使用
element、peek检查方法
一定会执行失败，此时根据使用方法的不同，可能会出现以下四种情况：
- 抛出异常
- 返回特殊值(如null或false)
- 阻塞
- 超时阻塞
其中，只有阻塞与超时阻塞的4个方法是BlockingQueue接口独有的(这也是阻塞队列需要重点关注的方法)，而抛出异常与返回特殊值的6个方法则是继承自Queue接口。后续讲到的几种具体的阻塞队列实现，都需要实现上述方法。
（二）常规阻塞队列：ArrayBlockingQueue与LinkedBlockingQueue
ArrayBlockingQueue是使用数组实现的有界(bounded)阻塞队列，LinkedBlockingQueue是使用链表实现的有界(optionally-bounded)阻塞队列。它们都符合普通队列的FIFO(first-in-first-out，先入先出)原则：新增元素时在队尾插入，移除元素时从队首删除，队首的元素存在时间最长，队尾元素存在时间最短。
为了实现阻塞插入或阻塞移除，ArrayBlockingQueue与LinkedBlockingQueue均使用ReentrantLock锁来实现同步，当队列满时或队列空时，执行阻塞的插入或移除操作(如:put或take)，会导致持有锁的线程将进入自旋等待状态，而其它线程因为无法获取到锁，也将进入等待状态，直到队列非满或非空时，等待状态才可以解除。
其中，ArrayBlockingQueue只有一个锁，可以通过构造函数的fair参数来指定该锁的公平性。而LinkedBlockingQueue则有两个锁：takeLock与putLock，它们都是默认的非公平锁，takeLock可以由take、poll等方法持有，putLock可以由put、offe等方法持有。
LinkedBlockingQueue可以用来实现FixedThreadPool线程池(详见Executors的newFixedThreadPool(int nThreads)方法)。
在大多数并发应用中，LinkedBlockingQueue比ArrayBlockingQueue有更高的吞吐量，但有更低的性能可预测性(Linked queues typically have higher throughput than array-based queues but less predictable performance in most concurrent applications.)
（三）优先阻塞队列：PriorityBlockingQueue与DelayQueue
PriorityBlockingQueue和DelayQueue都是使用PriorityQueue实现的无界(unbounded)阻塞队列，它们都使用ReentrantLock锁来实现同步。
其中，PriorityBlockingQueue可以通过Comparator来自定义队列元素的优先级。DelayQueue通过Delayed泛型元素实现延时获取元素。DelayQueue可以用来设计缓存系统与定时任务调度。
（四）无容量阻塞队列：SynchronousQueue
SynchronousQueue是一个没有任何容量的阻塞队列(其capacity值为0)，每一个插入操作都必须等待另一个线程对应的移除操作，反之亦然。SynchronousQueue使用ReentrantLock锁来实现同步，可以通过fair参数来指定该锁的公平性。
SynchronousQueue可以用来实现CachedThreadPool线程池(详见Executors的newCachedThreadPool()方法)。
（五）双向阻塞队列：BlockingDeque与LinkedBlockingDeque
LinkedBlockingDeque是使用双向链表实现的有界(optionally-bounded)阻塞队列，它实现了BlockingDeque接口。LinkedBlockingDeque使用ReentrantLock锁来实现同步。
LinkedBlockingDeque可以用来实现工作窃取模式(即ForkJoin系列类)。
（六）Transfer阻塞队列：TransferQueue与LinkedTransferQueue
LinkedTransferQueue是使用链表实现的无界(unbounded)阻塞队列，它实现了TransferQueue接口。
可以将LinkedTransferQueue看作是LinkedBlockingQueue与SynchronousQueue的结合。LinkedTransferQueue的transfer方法会优先将生产者传入的元素立刻传输给消费者，此过程类似于SynchronousQueue。如果没有对应的消费者生产者传入的元素，会将之放到队列中，此过程类似于LinkedTransferQueue。
三、总结
JUC包下定义了10个阻塞队列相关的接口或类。简单将它们分下类如下所示：
BlockingQueue作为顶层接口定义了阻塞队列的阻塞队列ArrayBlockingQueue与LinkedBlockingQueue是两个最基础的阻塞队列实现PriorityBlockingQueue与DelayQueue是实现了优先级与延时获取的阻塞队列SynchronousQueue是不存储元素并直接传递元素的阻塞队列LinkedBlockingDeque是实现了BlockingDeque接口的双向阻塞队列LinkedTransferQueue是实现了TransferQueue接口的阻塞队列，可以将其看作LinkedBlockingQueue与SynchronousQueue的结合。
本文更偏向于阻塞队列基础概念的简介，很多内容只是一笔带过，没有详细介绍，由于理解有限，上述内容可能会有偏差，后续将按需修改或增加相关内容。
锁是阻塞队列的基础，上面提到的大部分阻塞队列都是使用ReentrantLock锁来实现同步。同时，阻塞队列又是线程池的基础，有关线程池的内容，将在后续介绍。
参考文档
- 《Java并发编程的艺术 方腾飞 魏鹏 程晓明 著》