ArrayBlockingQueue 是 Java 并发包 java.util.concurrent 中一个重要的有界阻塞队列实现，它基于一个数组结构构建，广泛用于生产者-消费者模型等多线程环境。

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一、基本概念简介

• 类名：java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue<E>
• 结构：基于数组的循环队列（固定大小，有界）
• 特性：
  • 线程安全（使用重入锁 ReentrantLock）
  • 支持阻塞的 put() / take() 方法
  • 支持公平性策略（FIFO，可选公平锁）

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二、核心构造与参数

public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair)

参数	含义
capacity	队列容量（固定大小）
fair	是否使用公平锁（可选）

默认是非公平的锁，性能更高，公平模式下线程按先到先服务（FIFO）排队。

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三、底层核心组成

源码类图结构：

ArrayBlockingQueue<E>
├── Object[] items       // 底层数据存储数组（循环使用）
├── int count            // 当前队列元素数量
├── int putIndex         // 写入索引
├── int takeIndex        // 读取索引
├── ReentrantLock lock   // 全局重入锁（保护所有操作）
├── Condition notEmpty   // 消费者等待条件
├── Condition notFull    // 生产者等待条件

使用 循环数组 + 双 Condition + 锁机制 保证线程安全。

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四、核心方法原理分析

1. put(E e)：阻塞式入队

public void put(E e) throws InterruptedException {
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lockInterruptibly();
    try {
        while (count == items.length)
            notFull.await();  // 队列满了，等待
        enqueue(e);
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

enqueue() 逻辑：

void enqueue(E e) {
    items[putIndex] = e;
    putIndex = (putIndex + 1) % items.length;
    count++;
    notEmpty.signal(); // 通知等待的消费者线程
}

若队列已满，则阻塞等待 notFull.await()，直到有空位。

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2. take()：阻塞式出队

public E take() throws InterruptedException {
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lockInterruptibly();
    try {
        while (count == 0)
            notEmpty.await();  // 队列空，等待生产者
        return dequeue();
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

dequeue() 逻辑：

E dequeue() {
    E e = items[takeIndex];
    items[takeIndex] = null;
    takeIndex = (takeIndex + 1) % items.length;
    count--;
    notFull.signal();  // 通知等待的生产者线程
    return e;
}

若队列为空，则阻塞等待 notEmpty.await()，直到有数据可取。

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五、ArrayBlockingQueue 的核心特性总结

特性	说明
有界阻塞	构造时必须指定容量，满时阻塞生产者，空时阻塞消费者
循环数组结构	使用固定大小的数组 + 循环指针 putIndex 和 takeIndex 管理队列位置
线程安全	所有访问受 ReentrantLock 保证
条件变量	使用两个 Condition 分别唤醒生产者（notFull）和消费者（notEmpty）
公平性可选	可选公平锁模式，默认非公平（性能更高）

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六、典型使用场景（多线程编程）

• 生产者-消费者模型（线程池、任务调度）
• 限流（容量限制）
• 控制资源竞争
• 日志异步处理

代码示例：

BlockingQueue<Integer> queue = new ArrayBlockingQueue<>(10);

Runnable producer = () -> {
    try {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            queue.put(i); // 如果队列满则阻塞
            System.out.println("Produced: " + i);
        }
    } catch (InterruptedException e) {}
};

Runnable consumer = () -> {
    try {
        while (true) {
            Integer val = queue.take(); // 如果队列空则阻塞
            System.out.println("Consumed: " + val);
        }
    } catch (InterruptedException e) {}
};

new Thread(producer).start();
new Thread(consumer).start();

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七、和其他队列对比（面试常问）

队列类型	底层结构	是否有界	是否阻塞	是否线程安全	特点
ArrayBlockingQueue	数组（循环）	✅ 是	✅ 是	✅ 是	固定容量，性能高，结构简单
LinkedBlockingQueue	链表	✅/❌ 是	✅ 是	✅ 是	支持无界，适合高并发场景
SynchronousQueue	无存储	❌ 否	✅ 是	✅ 是	每次 put 必须等 take
PriorityBlockingQueue	堆	✅ 是	✅ 是	✅ 是	元素按优先级自动排序

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八、权威参考文档

• 📘 JDK 官方 API 文档
• 📘 OpenJDK 源码 ArrayBlockingQueue.java
• 📘 书籍：《Java 并发编程实战》（Java Concurrency in Practice）

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九、总结（面试/项目）

维度	要点总结
数据结构	循环数组（固定大小）
线程安全	ReentrantLock + Condition 实现
阻塞原理	满时阻塞生产者，空时阻塞消费者
公平性	构造时可设定是否公平（影响性能）
应用场景	多线程通信、生产者消费者、限流

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