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Java中的阻塞队列

时间:2020-08-10 11:02:35 java语言 我要投稿

关于Java中的阻塞队列

  什么是阻塞队列?下面百分网小编带大家一起来看看Java中的阻塞队列详细介绍的相关资料,有需要的朋友们一起看看吧!想了解更多相关信息请持续关注我们应届毕业生考试网!

  1. 什么是阻塞队列?

  阻塞队列(BlockingQueue)是一个支持两个附加操作的队列。这两个附加的操作是:

  在队列为空时,获取元素的线程会等待队列变为非空。

  当队列满时,存储元素的线程会等待队列可用。

  阻塞队列常用于生产者和消费者的场景,生产者是往队列里添加元素的线程,消费者是从队列里拿元素的线程。阻塞队列就是生产者存放元素的容器,而消费者也只从容器里拿元素。

  2.Java里的阻塞队列

  JDK中提供了七个阻塞队列:

  ArrayBlockingQueue :一个由数组结构组成的有界阻塞队列。

  LinkedBlockingQueue :一个由链表结构组成的有界阻塞队列。

  PriorityBlockingQueue :一个支持优先级排序的无界阻塞队列。

  DelayQueue:一个使用优先级队列实现的无界阻塞队列。

  SynchronousQueue:一个不存储元素的阻塞队列。

  LinkedTransferQueue:一个由链表结构组成的无界阻塞队列。

  LinkedBlockingDeque:一个由链表结构组成的双向阻塞队列。

  ArrayBlockingQueue

  ArrayBlockingQueue是一个用数组实现的有界阻塞队列。此队列按照先进先出(FIFO)的原则对元素进行排序。默认情况下不保证访问者公平的访问队列,所谓公平访问队列是指阻塞的所有生产者线程或消费者线程,当队列可用时,可以按照阻塞的先后顺序访问队列,即先阻塞的生产者线程,可以先往队列里插入元素,先阻塞的消费者线程,可以先从队列里获取元素。通常情况下为了保证公平性会降低吞吐量。我们可以使用以下代码创建一个公平的`阻塞队列:

  ArrayBlockingQueue fairQueue = new ArrayBlockingQueue(1000,true);

  而对于其访问的公平性,是通过ReentrantLock锁来实现的。

  LinkedBlockingQueue

  LinkedBlockingQueue是一个用链表实现的有界阻塞队列。此队列的默认和最大长度为Integer.MAX_VALUE。此队列按照先进先出的原则对元素进行排序。

  PriorityBlockingQueue

  PriorityBlockingQueue是一个支持优先级的无界队列。默认情况下元素采取自然顺序排列,也可以通过比较器comparator来指定元素的排序规则。元素按照升序排列。

  DelayQueue

  DelayQueue是一个支持延时获取元素的无界阻塞队列。队列使用PriorityQueue来实现。队列中的元素必须实现Delayed接口,在创建元素时可以指定多久才能从队列中获取当前元素。只有在延迟期满时才能从队列中提取元素。我们可以将DelayQueue运用在以下应用场景:

  缓存系统的设计:可以用DelayQueue保存缓存元素的有效期,使用一个线程循环查询DelayQueue,一旦能从DelayQueue中获取元素时,表示缓存有效期到了。

  定时任务调度。使用DelayQueue保存当天将会执行的任务和执行时间,一旦从DelayQueue中获取到任务就开始执行,从比如TimerQueue就是使用DelayQueue实现的。

  如何实现Delayed接口

  我们可以参考ScheduledThreadPoolExecutor里ScheduledFutureTask类。这个类实现了Delayed接口。首先:在对象创建的时候,使用time记录前对象什么时候可以使用,代码如下:

  ScheduledFutureTask(Runnable r, V result, long ns, long period) {

  super(r, result);

  this.time = ns;

  this.period = period;

  this.sequenceNumber = sequencer.getAndIncrement();

  }

  然后使用getDelay可以查询当前元素还需要延时多久,代码如下:

  public long getDelay(TimeUnit unit) {

  return unit.convert(time - now(), TimeUnit.NANOSECONDS);

  }

  通过构造函数可以看出延迟时间参数ns的单位是纳秒,自己设计的时候最好使用纳秒,因为getDelay时可以指定任意单位,一旦以纳秒作为单位,而延时的时间又精确不到纳秒就麻烦了。使用时请注意当time小于当前时间时,getDelay会返回负数。

  最后我们可以使用time的来指定其在队列中的顺序,例如:让延时时间最长的放在队列的末尾。

  public int compareTo(Delayed other) {

  if (other == this)

  return 0;

  if (other instanceof ScheduledFutureTask) {

  ScheduledFutureTask x = (ScheduledFutureTask)other;

  long diff = time - x.time;

  if (diff < 0)

  return -1;

  else if (diff > 0)

  return 1;

  else if (sequenceNumber < x.sequenceNumber)

  return -1;

  else

  return 1;

  }

  long d = (getDelay(TimeUnit.NANOSECONDS)-other.getDelay(TimeUnit.NANOSECONDS));

  return (d == 0) ? 0 : ((d < 0) ? -1 : 1);

  }

  如何实现延时阻塞队列

  延时阻塞队列的实现很简单,当消费者从队列里获取元素时,如果元素没有达到延时时间,就阻塞当前线程。

  long delay = first.getDelay(TimeUtil.NANOSECONDS);

  if(delay<=0){

  return q.poll ;//阻塞队列

  }else if(leader!=null){

  //leader表示一个等待从阻塞队列中取消息的线程

  available.await(); //让线程进入等待信号

  }else {

  //当leader为null,则将当前线程设置为leader

  Thread thisThread = Thread.currentThread();

  try{

  leader = thisThread;

  //使用awaitNanos()方法让当前线程等待接收信号或等待delay时间

  available.awaitNanos(delay);

  }finally{

  if(leader==thisThread){

  leader=null;

  }

  }

  }

  SynchronousQueue

  SynchronousQueue是一个不存储元素的阻塞队列。每一个put操作必须等待一个take操作,否则不能继续添加元素。SynchronousQueue可以看成是一个传球手,负责把生产者线程处理的数据直接传递给消费者线程。队列本身并不存储任何元素,非常适合于传递性场景,比如在一个线程中使用的数据,传递给另外一个线程使用,SynchronousQueue的吞吐量高于

  LinkedBlockingQueue 和 ArrayBlockingQueue。

  它支持公平访问队列。默认情况下依然是非公平性的策略机制

  LinkedTransferQueue

  LinkedTransferQueue是一个由链表结构组成的无界阻塞TransferQueue队列。相对于其他阻塞队列LinkedTransferQueue多了tryTransfer和transfer方法。

  transfer方法

  如果当前有消费者正在等待接收元素(消费者使用take()方法或带时间限制的poll()方法时),transfer方法可以把生产者传入的元素立刻transfer(传输)给消费者。如果没有消费者在等待接收元素,transfer方法会将元素存放在队列的tail节点,并等到该元素被消费者消费了才返回。

  tryTransfer方法

  是用来试探下生产者传入的元素是否能直接传给消费者。如果没有消费者等待接收元素,则返回false。和transfer方法的区别是tryTransfer方法无论消费者是否接收,方法立即返回。而transfer方法是必须等到消费者消费了才返回。

  对于带有时间限制的tryTransfer(E e, long timeout, TimeUnit unit)方法,则是试图把生产者传入的元素直接传给消费者,但是如果没有消费者消费该元素则等待指定的时间再返回,如果超时还没消费元素,则返回false,如果在超时时间内消费了元素,则返回true。

  LinkedBlockingDeque

  LinkedBlockingDeque是一个由链表结构组成的双向阻塞队列。所谓双向队列指的你可以从队列的两端插入和移出元素。双端队列因为多了一个操作队列的入口,在多线程同时入队时,也就减少了一半的竞争。相比其他的阻塞队列,LinkedBlockingDeque多了addFirst,addLast,offerFirst,offerLast,peekFirst,peekLast等方法,以First单词结尾的方法,表示插入,获取(peek)或移除双端队列的第一个元素。以Last单词结尾的方法,表示插入,获取或移除双端队列的最后一个元素。另外插入方法add等同于addLast,移除方法remove等效于removeFirst。但是take方法却等同于takeFirst,不知道是不是Jdk的bug,使用时还是用带有First和Last后缀的方法更清楚。在初始化LinkedBlockingDeque时可以初始化队列的容量,用来防止其再扩容时过渡膨胀。另外双向阻塞队列可以运用在“工作窃取”模式中。

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