1. 什么是BlockingQueue?

阻塞队列 = 阻塞 + 队列。

• 队列：一种先进先出的数据结构，支持尾部添加、首部移除或查看等基础操作。
• 阻塞：除了队列提供的基本操作之外，还提供了支持阻塞式插入和移除的方式。

下面这些对BlockingQueue的介绍基本翻译自JavaDoc，非常详细。

1. 阻塞队列的顶级接口是java.util.concurrent.BlockingQueue,它继承了Queue，Queue又继承自Collection接口。
2. BlockingQueue 对插入操作、移除操作、获取元素操作提供了四种不同的方法用于不同的场景中使用：1、抛出异常；2、返回特殊值（null 或 true/false，取决于具体的操作）；3、阻塞等待此操作，直到这个操作成功；4、阻塞等待此操作，直到成功或者超时指定时间，第二节会有详细介绍。
3. BlockingQueue不接受null的插入，否则将抛出空指针异常，因为poll失败了会返回null，如果允许插入null值，就无法判断poll是否成功了。
4. BlockingQueue可能是有界的，如果在插入的时候发现队列满了，将会阻塞，而无界队列则有Integer.MAX_VALUE大的容量，并不是真的无界。
5. BlockingQueue通常用来作为生产者-消费者的队列的，但是它也支持Collection接口提供的方法，比如使用remove(x)来删除一个元素，但是这类操作并不是很高效，因此尽量在少数情况下使用，如：当一条入队的消息需要被取消的时候。
6. BlockingQueue的实现都是线程安全的，所有队列的操作或使用内置锁或是其他形式的并发控制来保证原子。但是一些批量操作如：addAll,containsAll, retainAll和removeAll不一定是原子的。如 addAll(c) 有可能在添加了一些元素后中途抛出异常，此时 BlockingQueue 中已经添加了部分元素。
7. BlockingQueue不支持类似close或shutdown等关闭操作。

BlockingQueue其实就是阻塞队列，是基于阻塞机制实现的线程安全的队列。而阻塞机制的实现是通过在入队和出队时加锁的方式避免并发操作。

BlockingQueue不同于普通的Queue的区别主要是：

1. 通过在入队和出队时进行加锁，保证了队列线程安全
2. 支持阻塞的入队和出队方法：当队列满时，会阻塞入队的线程，直到队列不满；当队列为空时，会阻塞出队的线程，直到队列中有元素。

BlockingQueue常用于生产者-消费者模型中，往队列里添加元素的是生产者，从队列中获取元素的是消费者；通常情况下生产者和消费者都是由多个线程组成；下图所示则为一个最常见的生产者-消费者模型，生产者和消费者之间通过队列平衡两者的的处理能力、进行解耦等。

2. BlockingQueue接口定义

BlockingQueue继承了Queue接口，在Queue接口基础上，又提供了若干其他方法，其定义源码如下：

public interface BlockingQueue<E> extends Queue<E> {
    /**
     * 入队一个元素，如果有空间则直接插入，并返回true；
     * 如果没有空间则抛出IllegalStateException
     */
    boolean add(E e);

    /**
     * 入队一个元素，如果有空间则直接插入，并返回true；
     * 如果没有空间返回false
     */
    boolean offer(E e);

    /**
     * 入队一个元素，如果有空间则直接插入，如果没有空间则一直阻塞等待
     */
    void put(E e) throws InterruptedException;

    /**
     * 入队一个元素，如果有空间则直接插入，并返回true；
     * 如果没有空间则等待timeout时间，插入失败则返回false
     */
    boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException;

    /**
     * 出队一个元素，如果存在则直接出队，如果没有空间则一直阻塞等待
     */
    E take() throws InterruptedException;

    /**
     * 出队一个元素，如果存在则直接出队，如果没有空间则等待timeout时间，无元素则返回null
     */
    E poll(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException;

    /**
     * 返回该队列剩余的容量（如果没有限制则返回Integer.MAX_VALUE）
     */
    int remainingCapacity();

    /**
     * 如果元素o在队列中存在，则从队列中删除
     */
    boolean remove(Object o);

    /**
     * 判断队列中是否存在元素o
     */
    public boolean contains(Object o);

    /**
     * 将队列中的所有元素出队，并添加到给定的集合c中，返回出队的元素数量
     */
    int drainTo(Collection<? super E> c);

    /**
     * 将队列中的元素出队，限制数量maxElements个，并添加到给定的集合c中，返回出队的元素数量
     */
    int drainTo(Collection<? super E> c, int maxElements);
}

BlockingQueue主要提供了四类方法，如下表所示：

除了抛出异常和返回特定值方法与Queue接口定义相同外，BlockingQueue还提供了两类阻塞方法：一种是当队列没有空间/元素时一直阻塞，直到有空间/有元素；另一种是在特定的时间尝试入队/出队，等待时间可以自定义。

在本文开始我们了解到，BlockingQueue是线程安全的队列，所以提供的方法也都是线程安全的；那么下面我们就继续看下BlockingQueue的实现类，以及如何实现线程安全和阻塞。

3. BlockingQueue实现类及原理

3.1 主要实现类

BlockingQueue接口主要由5个实现类，分别如下表所示。

其中在日常开发中用的比较多的是ArrayBlockingQueue和LinkedBlockingQueue，本文也将主要介绍这两个实现类的原理。