Hey，大家好！我是小米，一个积极活泼、喜爱分享技术的 29 岁程序猿！今天要给大家分享一个非常实用的工具：手写阻塞队列（Blocking Queue）。它是并发编程中不可或缺的一部分，非常适合用在生产者-消费者模型中。当你手写它时，你会对并发编程有更深的理解。

在 Java 中，阻塞队列已经被实现得很好了，例如 ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue 等。但今天，我们自己实现一个简化版的阻塞队列，透过代码深入了解它的底层工作原理。

什么是阻塞队列？

阻塞队列顾名思义是一种支持阻塞操作的队列。它有以下两个特点：

• 生产者阻塞：当队列满时，生产者会等待，直到队列不满。
• 消费者阻塞：当队列为空时，消费者会等待，直到队列不为空。

这个机制保证了生产者和消费者的平衡，同时避免了空轮询造成的 CPU 资源浪费。

适用场景

阻塞队列通常用于生产者-消费者模式。在这种模式下，生产者线程负责生成数据并将其放入队列中，消费者线程则从队列中取出数据进行处理。当队列满时，生产者会被阻塞，直到消费者消耗掉一些数据；而当队列为空时，消费者会被阻塞，直到生产者提供数据。

下面我们就来一步步实现一个简单的阻塞队列吧！

阻塞队列的核心思路

• 队列容量管理：用数组来存储队列元素，维护一个容量上限。
• 线程同步：利用 wait() 和 notifyAll() 来控制线程的阻塞与唤醒。
• 双指针操作：使用两个指针 head 和 tail 分别表示出队列的头和尾，进行插入和删除操作。

阻塞队列的实现

我们开始写代码吧！下面我们会用到两个重要的同步工具：synchronized 和 wait()/notifyAll()。首先我们定义一个简化版的阻塞队列类 MyBlockingQueue。

Step 1: 定义基本结构

这是我们阻塞队列的基本结构。我们使用数组来存储元素，capacity 是队列的最大容量，size 用来记录队列中元素的数量，head 和 tail 分别指向队列的头和尾。

Step 2: 实现 put() 方法

put() 方法用于将元素放入队列中。如果队列已满，那么当前线程将被阻塞，直到队列有空位为止。

• 我们使用 synchronized 来确保线程安全。
• 当队列满了，调用 wait() 阻塞当前线程，直到有空间时被唤醒。
• 将元素插入队列后，使用 notifyAll() 唤醒其他等待的线程。

Step 3: 实现 take() 方法

take() 方法用于从队列中取出元素。如果队列为空，那么当前线程将被阻塞，直到有元素可取。

与 put() 类似，take() 会在队列为空时阻塞当前线程，直到有元素可以取出。

Step 4: 测试阻塞队列

现在我们来编写一个简单的测试类来验证我们的 MyBlockingQueue 是否工作正常。

在这个测试中，生产者线程会向队列中添加 10 个元素，而消费者线程会从队列中取出 10 个元素。我们设置了一个容量为 5 的阻塞队列，因此生产者和消费者线程会进行阻塞和唤醒的交替工作。

Step 5: 添加边界检查

为了让我们的队列更加健壮，我们需要添加一些边界检查，防止出现错误。

这里我们做了以下改进：

• 在 put() 方法中，防止插入 null 元素。
• 在 take() 方法中，确保取出的元素不是 null。

END

今天我们通过手写阻塞队列的过程，深入了解了如何在并发环境中使用 wait() 和 notifyAll() 来协调线程的工作。阻塞队列是并发编程中非常重要的一种数据结构，广泛应用于多线程环境下的任务调度、生产者-消费者模型中。

这只是阻塞队列的基本实现，实际生产环境中可能会有更多的细节处理，比如超时机制、异常处理等。希望今天的分享能对你有所帮助！

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