一、Java 隊列體系概覽

Q1：Java 中 Queue 相關的接口和類有哪些？它們的關係是什麼？

  • 核心接口：
  • Queue<E>：基礎 FIFO 隊列（offer/add, poll/remove, peek/element）
  • Deque<E>：雙端隊列（支持頭尾插入/刪除），繼承 Queue
  • BlockingQueue<E>：阻塞隊列（線程安全），繼承 Queue
  • TransferQueue<E>：可傳遞元素的阻塞隊列（如 LinkedTransferQueue）
  • 常用實現類分類：

類型

非阻塞（普通隊列）

阻塞隊列（線程安全）

基於鏈表

LinkedList

LinkedBlockingQueue, LinkedTransferQueue

基於數組

ArrayDeque

ArrayBlockingQueue

無存儲結構

—

SynchronousQueue

優先級隊列

PriorityQueue

PriorityBlockingQueue

注意：

  • LinkedList 實現了 Deque，但不是線程安全的
  • ArrayDeque 比 LinkedList 更高效（緩存友好、無節點對象開銷）

二、普通隊列 vs 阻塞隊列

Q2：add/offer、remove/poll、element/peek 有何區別？

方法

拋異常

返回特殊值

阻塞

超時

插入

add(e)

offer(e)

put(e)

offer(e, time, unit)

移除

remove()

poll()

take()

poll(time, unit)

查看

element()

peek()

—

—
  • 關鍵區別：
  • add() 在容量滿時拋 IllegalStateException
  • offer() 在容量滿時返回 false（適用於有界隊列）
  • 阻塞隊列 的 put/take 會在隊列滿/空時永久阻塞，直到條件滿足

最佳實踐：
在不確定隊列狀態時，優先使用 offer() / poll() 避免異常。

三、ArrayBlockingQueue vs LinkedBlockingQueue

Q3：ArrayBlockingQueue 和 LinkedBlockingQueue 有什麼區別？如何選型？

特性

ArrayBlockingQueue

LinkedBlockingQueue

底層結構

有界數組（必須指定容量）

無界鏈表（默認 Integer.MAX_VALUE）

鎖機制

一把鎖（ReentrantLock，生產和消費互斥）

兩把鎖（putLock + takeLock，生產消費可並行）

內存佔用

固定（預分配）

動態增長（Node 對象開銷）

性能

小容量時快（緩存友好）

高併發吞吐更高（鎖分離）

風險

安全（有界防 OOM）

默認無界 → 可能 OOM！
  • 線程池為何常用 LinkedBlockingQueue？
    因為其高吞吐特性適合任務緩衝，但生產環境務必設置合理容量！

避坑指南：

// 危險！可能 OOM new LinkedBlockingQueue<>(); // 安全做法 new LinkedBlockingQueue<>(1000);

四、SynchronousQueue：零容量隊列

Q4：SynchronousQueue 是什麼？它有什麼特殊用途？

  • 核心特性：
  • 容量為 0，不存儲元素
  • put() 必須等待另一個線程 take()，反之亦然
  • 本質是線程間直接移交（handoff）
  • 應用場景：
  • 線程池的“直接提交”策略：Executors.newCachedThreadPool() 使用 SynchronousQueue
  • 高吞吐、低延遲的生產者-消費者模型（無緩衝，即時傳遞）
  • 公平模式：
  • new SynchronousQueue(true)：FIFO 順序移交
  • false（默認）：棧式 LIFO，性能略高

優勢： 避免任務堆積，快速反饋系統壓力（配合拒絕策略）。