Java BlockingQueue && BlockingDeque

BlockingQueue即阻塞队列,一个阻塞队列在数据结构中起到的作用大致如下图所示:

QQ20200228-152631@2x

上图中,线程1往阻塞队列中添加元素,线程2从阻塞队列中移出元素。当阻塞队列是空的时候,从队列中获取元素的操作将会被阻塞;当阻塞队列是满的时候,往队列中添加元素的操作将会被阻塞。

使用BlockingQueue的好处是,我们不需要关心什么时候需要阻塞线程,什么时候需要唤醒线程,这些都由BlockingQueue自定完成。

7大实现类

BlockingQueue是一个接口类,主要有7种实现类型,UML类图如下所示:

QQ20200228-153516@2x

  1. ArrayBlockingQueue:由数组机构组成的有界阻塞队列;
  2. LinkedBlockingQueue:由链表结构组成的有界(默认大小非常大,为Integer.MAX_VALUE)阻塞队列;
  3. PriorityBlockingQueue:一个支持优先级排序的无界阻塞队列;
  4. DelayQueue:一个使用优先级队列实现的无界阻塞队列;
  5. SynchronousQueue:一个不存储元素的阻塞队列;
  6. LinkedTransferQueue:一个由链表结构组成的无界阻塞队列;
  7. LinkedBlockingDeque:一个由链表结构组成的双向阻塞队列。

前六种都是单向队列,实现的是BlockingQueue接口,LinkedBlockingDeque是一个双向队列,实现的是BlockDeque接口,该接口继承了BlockingQueue接口。

常用方法

BlockingQueue的相关方法大致可以分为以下四种类型:

方法描述抛出异常返回特殊的值一直阻塞超时退出
插入数据add(e)offer(e)put(e)offer(e,time,unit)
获取并移除队列的头remove()poll()take()poll(time,unit)
获取但不移除队列的头element()peek()不可用不可用
  1. 抛出异常:当阻塞队列满时,再往队列里add插入元素就会抛出IllegalStateException: Queue full;当阻塞队列空时,再往队列里remove移出元素就会抛出NoSuchElementException;

  2. 返回特殊值:插入方法,成功时返回true,失败时返回false;移出方法,成功时候返回移出队列的元素,没有元素就返回null;

  3. 一直阻塞:当阻塞队列满时,如果生产者线程往队列里put元素,队列会一直阻塞生产者线程,直到拿到数据,或者响应中断退出。当队列空时,消费者线程试图从队列里take元素,队列也会阻塞消费者线程,直到队列可用;

  4. 超时退出:当阻塞队列满时,队列会阻塞生产者线程一段时间,如果超过一定的时间,生产者线程就会退出。

BlockDeque也提供了这四种类型对应的方法,不过由于是双向队列,所以这些方法可以分为头部操作和尾部操作:

头部操作:

方法描述抛出异常返回特殊的值一直阻塞超时退出
插入数据addLast(e)offerLast(e)putLast(e)offerLast(e, time, unit)
获取并移除队列的头removeLast()pollLast()takeLast()pollLast(time, unit)
获取但不移除队列的头getLast()peekLast()不适用不适用

尾部操作:

方法描述抛出异常返回特殊的值一直阻塞超时退出
插入数据addLast(e)offerLast(e)putLast(e)offerLast(e, time, unit)
获取并移除队列的头removeLast()pollLast()takeLast()pollLast(time, unit)
获取但不移除队列的头getLast()peekLast()不适用不适用

简单介绍

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:

1
ArrayBlockingQueue<String> fairArrayBlockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(5, true);

上面代码指定了一个初始大小为5的公平的ArrayBlockingQueue。访问者的公平性是使用可重入锁实现的,构造器源码如下:

QQ20200302-090543@2x

LinkedBlockingQueue

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

QQ20200302-091054@2x

所以推荐的做法是不要使用无参构造器,而是通过有参构造器指定容器的初始大小。

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也是一个无界阻塞队列,只有在延迟期满时才能从中提取元素。DelayQueue的所有方法只能操作“到期的元素“,例如,poll()remove()size()等方法,都会忽略掉未到期的元素。 我们可以将DelayQueue运用在以下应用场景:

  1. 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;

  2. 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。

DelayQueue的实现是基于PriorityQueue,是一个优先级队列,是以延时时间的长短进行排序的。所以,DelayQueue需要知道每个元素的延时时间,而这个延时时间是由Delayed接口的getDelay()方法获取的。所以,DelayQueue的元素必须实现Delayed接口。

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。

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tryTransfertransfer方法。

  1. 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。

  2. tryTransfer方法。则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。我们也可以使用重载方法tryTransfer(E e, long timeout, TimeUnit unit)指定超时时间。

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多了一些首尾元素的操作方法,具体可以参考上面的表格。

参考文章

http://ifeve.com/java-blocking-queue/

https://www.cnblogs.com/jinggod/p/8495502.html

请作者喝瓶肥宅水🥤

0